سرنوشت ماهواره های زمین؛ وقتی یک انفجار، فضا را به گورستان فلزات تبدیل می نماید - وبلاگ 8 شارژ

با این حال، این معماریِ تکنولوژیکِ شنماینده، بیش از آنچه تصور می کنیم آسیب پذیر است. کافی است زنجیره یِ وقایعِ ژئوپلیتیک به سمتِ لبه یِ پرتگاهِ بی بازگشت برود و محاسباتِ سردِ نظامی، بر عقلانیتِ جمعی غلبه کند. در چنین شرایطی، حتی تصورِ یک انفجار هسته ای در مدار لرزه بر اندامِ امنیتِ جهانی می اندازد؛ رویدادی که برخلافِ تصاویرِ سینمایی، نیازی به تخریبِ مستقیم ندارد و تنها با دستکاریِ محیطِ مغناطیسیِ زمین، تمدنِ مدرنِ ما را به دورانی پیش از عصرِ ارتباطاتِ ماهواره ای پرتاب می نماید.

بیش از 13 هزار ماهواره در مدار پایین زمین در حال چرخش هستند که شریان اصلی پیش بینی های هواشناسی، ارتباطات تلفنی و اینترنت ماهواره ای به شمار می روند. پژوهش های نو نشان می دهند که یک انفجار هسته ای در مدار زمین می تواند در کمتر از یک ماه، تمامی این ماهواره ها را از کار بیندازد و خطری جدی برای زیرساخت های حیاتی ما ایجاد کند.

مختصر و مفید: یک انفجار هسته ای در مدار چگونه ماهواره ها را نابود می نماید؟

انفجار هسته ای در مدار زمین با آزادسازی الکترون های حاصل از شکافت رادیواکتیو، کمربندهای تشعشعی مصنوعی و بسیار شدیدی در میدان مغناطیسی زمین ایجاد می نماید. گذر متوالی و مداوم ماهواره ها از میان این کمربندها، قطعات الکترونیکی حساس آن ها را در عرض چند روز تا چند هفته به طور کامل تخریب نموده و با از دست رفتن کنترل آن ها، زنجیره ای از برخوردهای مرگبار و فراوری زباله های فضایی ایجاد می شود.

انفجار هسته ای در مدار چگونه ماهواره ها را از کار می اندازد؟

بیش از 13 هزار ماهواره در مدار پایین زمین (Low-Earth Orbit) در حال چرخش هستند. این تجهیزات شریان اصلی پیش بینی های هواشناسی، سیستم های ناوبری، ارتباطات تلفنی و خدمات اینترنت ماهواره ای را تشکیل می دهند. با این حال، همه آن ها در برابر خطرات مداری کاملاً بی دفاع هستند. پژوهش های نو نشان می دهد که یک انفجار هسته ای در مدار در ارتفاعی به قدر کافی بالا، توانایی این را دارد که تقریباً تمام ماهواره های این بخش را ظرف مدت یک ماه به کلی فلج کند.

نکته اصلی در این فاجعه، تنها موج اولیه انفجار نیست، بلکه پدیده ای است که پس از آن شکل می گیرد. ذرات رادیواکتیو ناشی از شکافت هسته ای در میدان مغناطیسی زمین به دام می افتند و کمربندهای تشعشعی مصنوعی ایجاد می نمایند. ماهواره ها با هر بار چرخش در مدار، از میان این کمربندهای مرگبار می گذرند و به طور مداوم در معرض پرتوهای تخریب گر قرار می گیرند تا اینکه قطعات الکترونیکی حساس آن ها از کار بیفتد.

آیا تجربه تلخ آزمون استار فیش پرایم تکرار می شود؟

در دوران جنگ سرد (Cold War)، ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی 18 آزمایش هسته ای در ارتفاعات بالای جو و فضا انجام دادند. بزرگ ترین آن ها آزمایش استارفیش پرایم (Starfish Prime) در سال 1962 بود که طی آن یک کلاهک 1.4 مگاتونی در ارتفاع 400 کیلومتری بالای اقیانوس آرام منفجر شد.

این آزمایش باعث شد چند ماهواره فعال آن موقع به سرعت آسیب ببینند و از مدار خارج شوند. همین اتفاق موجب شد یک سال بعد، قدرت های جهانی پیمان ممنوعیت آزمایش های هسته ای در فضا را امضا نمایند.

محاسبات تازه دانشمندان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون (University of Wisconsin-Madison) و دانشگاه پرینستون (Princeton University) نشان می دهد اگر حادثه مشابه ای رخ دهد، ابعاد فاجعه به مراتب گسترده تر خواهد بود؛ زیرا محیط مداری امروزی متراکم تر از دهه 1960 است.

منطقه ناهنجاری جنوب اطلس چه نقشی در این فاجعه دارد؟

پژوهشگران در شبیه سازی خود، انفجار یک کلاهک 1 مگاتونی را در ارتفاع 500 کیلومتری بر فراز منطقه ناهنجاری جنوب اطلس (South Atlantic Anomaly) یعنی منطقه ای که میدان مغناطیسی زمین به شدت ضعیف است، آنالیز کردند. شرایط ویژه این منطقه اثرات پس از تکانه اصلی را تشدید می نماید و ذرات رادیواکتیو را در بخش هایی از فضا به دام می اندازد. ماهواره ها نیز در مسیر حرکتی خود بارها از میان این منطقه ها پر از پرتو عبور می نمایند.

بر اساس داده های مربوط به 13 هزار و 300 ماهواره فعال تا ابتدای سال جاری، تنها یک روز پس از انفجار هسته ای در مدار در این منطقه، 25 درصد از کل ماهواره های زمین کارایی خود را از دست می دهند.

در انتها روز سوم، 78 درصد از ماهواره ها فلج می شوند. این آمار پس از یک هفته به 98 درصد و تا روز پانزدهم به 99.4 درصد می رسد. حتی اگر ماهواره ها به سپرهای حفاظتی مقاوم در برابر پرتو مجهز باشند، باز هم 99.3 درصد آن ها ظرف 30 روز از دست خواهند رفت.

زنجیره برخوردها؛ وقتی فضا به میدان مین تبدیل می شود

آسیب های ناشی از پرتوهای رادیواکتیو تنها خطر موجود نیستند. به محض وقوع انفجار و از دست رفتن کنترل ماهواره ها، احتمال برخورد آن ها با یکدیگر در فضا به شدت بالا می رود. پژوهشگران تخمین می زنند که در دو سال نخست، حدود 20 برخورد سنگین میان ماهواره های سرگردان رخ خواهد داد.

پس از گذشت 10 سال، این برخوردها حدود 3 هزار و 900 قطعه زباله فضایی نو فراوری می نمایند. تداوم این برخوردها باعث افزایش مداوم زباله ها در طول یک قرن خواهد شد که به آن پدیده سندروم کسلر (Kessler Syndrome) یا زنجیره برخوردهای نابودنماینده می گویند.

آیا می توان از این فاجعه در فضا جلوگیری کرد؟

راه اندازی دوباره خدمات مداری پس از چنین اتفاقی فقط با جایگزین کردن ماهواره های از دست رفته ممکن نیست؛ زیرا ماهواره های نو هم باید از پس تشعشعات به جای مانده و برخورد با قطعات سرگردان برآیند. جیمز مک کیون (James McKeon)، پژوهشگر سیاست های هسته ای، تاکید می نماید که پیامدهای چنین آسیبی بسیار سنگین است و باید تمام کوشش ها برای جلوگیری از ورود سلاح های هسته ای به فضا به کار گرفته شود.

تفاوت کلاهک های ضعیف تر در سناریوهای فضایی چیست؟

محققان در این پژوهش سناریوی دیگری را هم با یک کلاهک ضعیف تر 100 کیلوتونی آنالیز کردند. اگرچه شدت این انفجار کمتر است، اما همچنان می تواند فاجعه بار باشد.

در این حالت، از دست رفتن 99 درصد از ماهواره های زمین به جای چند روز، حدود یک سال طول می کشد.

این مسئله نشان می دهد که حتی سلاح های هسته ای کوچکتر نیز می توانند به مرور زمان شریان ارتباطی و ناوبری کره زمین را کاملاً قطع نمایند.

چرا ماهواره های امروزی آسیب پذیرتر از نسل های قدیمی هستند؟

تفاوت اصلی محیط مداری امروز با سال 1962، تراکم بسیار بالای ماهواره ها و بهره گیری از قطعات الکترونیکی ظریف است. برخلاف ماهواره های سنگین و زره پوش گذشته، ماهواره های تجاری امروزی وزن کمتری دارند و در برابر تشعشعات شدید مداوم آسیب پذیرتر هستند.

مقایسه سناریوهای انفجار هسته ای در مدار زمین

متغیر مورد آنالیز	انفجار 1 مگاتونی (ناهنجاری جنوب اطلس)	انفجار 100 کیلوتونی (شعاع عادی)	آزمایش استارفیش پرایم (1962)
زمان از کار افتادن 25٪ ماهواره ها	24 ساعت اول	چند ماه اولیه	چند روز تا چند هفته
زمان از کار افتادن 99٪ ماهواره ها	15 الی 30 روز	365 روز (یک سال)	محدود به چند ماهواره خاص
تعداد برخوردهای فضایی تقریبی (2 سال اول)	حدود 20 برخورد مستقیم	کمتر از 5 برخورد	بدون برخورد ثبت شده
فراوری زباله فضایی نو (10 سال)	حدود 3,900 قطعه بزرگ	محدود و تدریجی	ناچیز

نگاهی به پارادوکسِ فرمی و دیوارهایِ نامرئیِ تمدن

اگر به تاریخِ بلندِ کیهان شناسی و کوششِ انسان برایِ یافتنِ نشانه ای از حیاتِ هوشمندِ فرازمینی نگاه کنیم، به پرسشی برمی خوریم که انریکو فرمی فیزیکدانِ بزرگ عنوان نمود: پس بقیه کجا هستند؟. این پرسش، که به پارادوکسِ فرمی معروف است، تمدن هایِ هوشمند را در برابرِ یک دیوارِ فرضی قرار می دهد. فرضیه ای وجود دارد به نام فیلتر بزرگ (The Great Filter) که استدلال می نماید تمدن ها پیش از آنکه بتوانند به میان ستاره ای شدن برسند، احتمالاً با بن بستی فناورانه یا خودساخته روبرو می شوند که منجر به نابودیِ آن ها می شود.

این نگاهِ کیهان شناختی، شاید در ابتدا دور از فکر به نظر برسد، اما وقتی به تاریخِ تکنولوژی هایِ زمینی نگاه می کنیم، الگوهایِ مشابهی از خودتخریبی را می بینیم. ما همواره در طولِ تاریخ، ابزارهایی ساخته ایم که در ابتدا برایِ رفاه یا دفاع بوده اند، اما به مرورِ زمان، چنان در مقیاسِ بزرگ و کنترل ناپذیر توسعه یافته اند که مدیریتِ تبعاتِ جانبی شان از دستِ سازندگانشان خارج شده است. درست مانندِ نخستینِ مهندسانِ تلگرافِ زیردریایی که در قرن نوزدهم، با بی صبریِ تمام کفِ اقیانوس ها را با کابل هایِ مسیِ شنماینده پوشاندند و تنها پس از چند ماه با قطعی هایِ پی درپی و غیرقابلِ تعمیرِ آن روبرو شدند؛ ما امروز نیز در حالِ ساختنِ زیرساخت هایی هستیم که در برابرِ کوچک ترین تکانه هایِ سیستمی، به کلی فرو می پاشند. نگاهِ تاریخی به چنین پدیده هایی به ما می آموزد که پیچیدگی همواره مترادف با تاب آوری نیست؛ گاهی هر چه تمدنی پیچیده تر می شود، به سیستمی شنماینده تر تبدیل می شود که با کوچک ترین لرزه در بنیان هایِ فیزیکی اش، کلِ آن فرو می ریزد.

اثر ناهنجاری جنوب اطلس بر میدان مغناطیسی زمین چیست؟

منطقه ناهنجاری جنوب اطلس که به عنوان مثلث برمودای فضایی نیز شناخته می شود، منطقه ای است که کمربندهای تابشی وان آلن (Van Allen radiation belt) در نزدیک ترین فاصله به سطح زمین قرار می گیرند. ضعف میدان مغناطیسی در این بخش باعث می شود پرتوهای کیهانی و ذرات باردار به عمق بیشتری از جو نفوذ نمایند. هرگونه انفجار هسته ای در مدار بالای این منطقه، مانند تلمبه ای عمل می نماید که ذرات رادیواکتیو را به درون این دام مغناطیسی تزریق نموده و شدت تخریب پرتوها را چند برابر می نماید.

منبع: arXiv

منبع: یک پزشک