Ученые предупреждают, что непрекращающийся углерод сжимает верхнюю атмосферу Земли

Повышение уровня углекислого газа в атмосфере Земли может усугубить усилия по очистке нашей все более загроможденной оболочки орбитального космического мусора.

Согласно двум новым исследованиям, парниковый газ в значительной степени способствовал сокращению верхняя атмосфера. Это сокращение предполагалось десятилетиями; теперь, впервые, это действительно наблюдалось.

Некоторые из наблюдаемых усадок являются нормальными и придут в норму; но вклад CO2, как говорят ученые, вероятно, является постоянным.

Это означает, что вышедшие из строя спутники и другие элементы старых технологий на низкой околоземной орбите, вероятно, останутся на месте дольше из-за уменьшения атмосферного сопротивления. , загромождая регион и создавая проблемы для новых спутников и космических наблюдений.

«Одним из следствий этого является то, что спутники будут работать дольше, и это здорово, потому что люди хотят, чтобы их спутники оставались в рабочем состоянии», — объясняет геокосмический ученый Мартин. Млинчак из Исследовательского центра НАСА в Лэнгли.

«Однако обломки также будут оставаться на поверхности дольше и, вероятно, повысят вероятность того, что спутникам и другим ценным космическим объектам придется корректировать свой путь, чтобы избежать столкновений».

Описания земной атмосферы обычно устанавливают слои на определенных высотах, но правда в том, что объем газов, окружающих наш мир, не является статичным. Оно расширяется и сжимается в ответ на различные воздействия, самым большим из которых, вероятно, является Солнце.

Солнце тоже не статично. Он проходит через циклы активности, от высокой к низкой и обратно, примерно каждые 11 лет. В настоящее время мы находимся в середине 25-го такого цикла с начала отсчета, который начался примерно в декабре 2019 года. Предыдущий цикл, номер 24, был необычно подавленным даже на пике солнечной активности, и именно это позволило Млынчаку и его коллегам принять меры. измерения сжатия атмосферы.

Их внимание было сосредоточено на двух слоях, известных под общим названием MLT: мезосфера, которая начинается на высоте около 60 километров (37 миль); и нижняя термосфера, которая начинается на высоте около 90 километров.

Данные со спутника НАСА TIMED, обсерватории, собирающей данные о верхних слоях атмосферы, предоставили им информацию о давлении и температуре для MLT в течение почти 20 лет. период с 2002 по 2021 год.

В некоторых нижних слоях атмосферы CO2 создает эффект нагрева, поглощая и переизлучая инфракрасное излучение во всех направлениях, эффективно улавливая его часть.

Однако в гораздо более тонком MLT часть инфракрасного излучения, испускаемого CO2, уходит в космос, эффективно унося тепло и охлаждая верхние слои атмосферы. Чем выше содержание CO2, тем прохладнее атмосфера.

Мы уже знали, что это охлаждение вызывает сжатие стратосферы. Теперь мы можем видеть, что то же самое он делает с мезосферой и термосферой над ней. Используя данные TIMED, Млинчак и его команда обнаружили, что MLT сократился примерно на 1333 метра (4373 фута). Приблизительно 342 метра из них являются результатом радиационного охлаждения, вызванного CO2.

«Было очень интересно посмотреть, сможем ли мы на самом деле наблюдать это охлаждение и сжатие атмосферы», — говорит Млинчак.

«Наконец-то мы представили эти наблюдения в этой статье. Мы первые, кто показал подобное сжатие атмосферы в глобальном масштабе».

Учитывая, что термосфера расширяется до нескольких сотен километров, что 342 метра может показаться не так уж и много. Однако статья, опубликованная в сентябре физиком Ингрид Кноссен из Британской антарктической службы в Великобритании, показала, что охлаждение термосферы может привести к 33-процентному снижению атмосферного сопротивления к 2070 году.

Атмосферное сопротивление — это то, что помогает спутникам и ступени ракеты сходят с орбиты после окончания своей миссии. Кноссен обнаружил, что это снижение сопротивления может увеличить срок службы вымершего космического мусора на 30 % к 2070 году.

По мере того, как все больше и больше спутников запускается на низкую околоземную орбиту, эта проблема будет становиться все более серьезной. , без каких-либо реальных мер по смягчению последствий — либо по уменьшению количества спутников, либо по количеству CO2.

«На каждой высоте происходит похолодание и сжатие, которые мы частично приписываем увеличению содержания углерода диоксид», — говорит Млинчак. «Пока количество углекислого газа увеличивается примерно с той же скоростью, мы можем ожидать, что эти темпы изменения температуры также останутся примерно постоянными, примерно на полградуса Кельвина [охлаждения] за десятилетие».

Исследование. была опубликована в журнале Journal of Geophysical Research: Atmospheres.