ผลวิจัยพบขยะอวกาศทิ้งมลพิษในชั้นบรรยากาศระดับสูง อาจส่งผลต่อชั้นบรรยากาศโลกระยะยาว

จรวดท่อนบนของ Falcon 9 ในเที่ยวบินเมื่อวันที่ 19 กุมภาพันธ์ 2025 ได้กลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกแบบควบคุมไม่ได้เหนือน่านฟ้าของยุโรป ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ภาคพื้นได้พบว่าการตกกลับเข้ามาในชั้นบรรยากาศเหล่านี้สร้างฝุ่นลิเทียมแขวนลอยในชั้นบรรยากาศระดับสูงมากกว่าสภาพปกติถึงสิบเท่า ฝุ่นโลหะเหล่านี้คือหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่กำลังทำลายชั้นโอโซนของโลกเราอย่างที่ปฏิเสธไม่ได้

เหตุการณ์ที่จรวดท่อนบนของ Falcon 9 ตกกลับลงมาในชั้นบรรยากาศเมื่อวันที่ 19 กุมภาพันธ์ 2025 เป็นอุบัติเหตุที่ไม่มีใครคาดคิด นักวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์บรรยากาศไลบ์นิซ (Leibniz Institute of Atmospheric Physics หรือ IAP) หลังจากเห็นภาพถ่ายและคลิปวิดีโอลูกไฟที่แชร์กันในโซเชียลมีเดีย ทีมงานได้ตัดสินใจเตรียมการทันทีโดยการคำนวณทิศทางลมในชั้นบรรยากาศระดับสูงอย่างรวดเร็ว และพบว่าลมกำลังพัดพากลุ่มก๊าซจากการเผาไหม้นี้มุ่งหน้ามายังสถานีตรวจวัด LIDAR ในเยอรมนีพอดี จึงได้ตัดสินใจเปิดเครื่องมือวัดเพื่อรอเก็บข้อมูลในคืนถัดมา ซึ่งถือเป็นครั้งแรกที่มีการวัดมลพิษจากการตกกลับสู่ชั้นบรรยากาศ (Re-entry) ได้แบบเกือบเรียลไทม์

แม้จะเป็นภาพถ่ายของฝนดาวตกลีโอนิดส์ แต่ว่าเศษฝุ่นที่เกิดจากการเผาไหม้ของวัตถุในชั้นบรรยากาศก็ทิ้งเศษฝุ่นที่เป็นอันตรายต่อชั้นบรรยากาศระยะยาวได้ไม่ว่าจะเป็นจากขยะอวกาศหรือก้อนอุกกาบาตก็ตาม ภาพจาก Navicore

คณะนักวิจัยได้เลือกศึกษาลิเทียม (Lithium) ที่แขวนลอยภายในชั้นบรรยากาศ แต่ทำไมต้องเป็นการตรวจวัดลิเทียมด้วยในเมื่อโครงสร้างของจรวดและถังเชื้อเพลิงของ Falcon 9 ทำมาจากอะลูมิเนียม แต่คณะนักวิจัยกลับเลือกติดตามลิเทียม เนื่องจากการตรวจวัดอะลูมิเนียมในชั้นบรรยากาศนั้นทำได้ยากมาก อะลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนอย่างรวดเร็ว กลายเป็นอะลูมิเนียมออกไซด์ (AlO2) ซึ่งเลเซอร์ตรวจจับได้ยาก

ทีมวิจัยพุ่งเป้าไปที่ลิเทียมด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก ลิเทียมคือร่องรอยการปนเปื้อนที่ชัดเจน เพราะในธรรมชาติมีลิเทียมน้อยมาก อุกกาบาตทั่วโลกทิ้งลิเทียมไว้ในชั้นบรรยากาศเพียง 80 กรัมต่อวัน แต่จรวด Falcon 9 ลำเดียวอาจมีลิเทียมจากแบตเตอรีและโลหะผสมถึง 30 กิโลกรัม ประการที่สอง ลิเทียมติดตามได้ง่ายกว่าธาตุอื่น สามารถใช้เครื่องมือ LIDAR ตรวจจับอะตอมโดยตรงได้

ผลการตรวจสอบพบว่าความเข้มข้นของลิเทียมในชั้นบรรยากาศที่ระดับความสูง 96 กิโลเมตรพุ่งสูงขึ้นกว่าปกติถึงสิบเท่า ซึ่งสัมพันธ์โดยตรงกับปริมาณลิเทียมกว่า 30 กิโลกรัมที่บรรจุอยู่ในจรวด Falcon 9 ซึ่งลิเทียมที่อยู่ภายในจรวดนั้นมาจากแบตเตอรีและเป็นองค์ประกอบของสารประกอบในการชิ้นส่วนของจรวด

ทีมวิจัยยังได้ระบุเพิ่มเติมจากการสังเกตว่า เศษชิ้นส่วนของจรวด Falcon 9 เคลื่อนที่ผ่านขอบฟ้าด้วยความเร็วที่สูงมาก เดินทางจากไอร์แลนด์ไปตกที่โปแลนด์ รวมระยะทาง 1,500 กิโลเมตร ใช้เวลาเพียง 2.5 นาที เทียบความเร็วได้ประมาณ 60,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แต่สถานีตรวจวัดต้องใช้ระยะเวลานานถึง 20 ชั่วโมง กว่าจะตรวจพบเจอฝุ่นละอองที่เกิดจากการเผาไหม้ของชั้นบรรยากาศ

ภาพถ่ายการตกกลับสู่ชั้นบรรยากาศของยาน ATV ภาพจาก ESA

เมื่อการตกกลับสู่ชั้นบรรยากาศสร้างมลพิษที่มนุษย์ยังไม่เข้าใจ

ในปัจจุบันการบังคับให้ดาวเทียมหมดอายุขัยหรือท่อนจรวดตกกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกนั้นเป็นวิธีเพียงวิธีเดียวที่จะกำจัดขยะอวกาศออกจากวงโคจรของโลก แต่กลับกลายเป็นว่าเรายังไม่เข้าใจเกี่ยวกับผลกระทบที่เกิดขึ้นจากวิธีการดังกล่าวเสียเท่าไร เมื่อดาวเทียมหรือขยะอวกาศตกกลับเข้ามายังโลก มันจะเสียดสีกับชั้นบรรยากาศและปลดปล่อยฝุ่นผงแขวนลอยจากผิวหน้าออกมา หนึ่งในอนุภาคตัวร้าย ได้แก่อะลูมิเนียมออกไซด์ เนื่องจากเป็นหนึ่งในตัวการที่ทำลายชั้นโอโซนของโลกเราเป็นอย่างมาก ซึ่งดาวเทียมและท่อนเชื้อเพลิงของจรวดส่วนใหญ่ก็ล้วนใช้อะลูมิเนียมเป็นวัสดุหลักของโครงสร้าง

ดังนั้น ในอนาคตหากดาวเทียมที่เป็นกลุ่มขนาดใหญ่อย่าง Starlink หรือ Amazon LEO เพิ่มปริมาณมากขึ้น หมายความว่าจะมีดาวเทียมที่ตกลงสู่ชั้นบรรยากาศมากยิ่งขึ้นเป็นเงาตามตัว ซึ่งเราจำเป็นต้องคิดหาวิธีในการลดการปลดปล่อยมลพิษเหล่านี้ภายในชั้นบรรยากาศ เพราะนอกจากจะทำลายชั้นบรรยากาศแล้วยังลอยอยู่ในชั้นบรรยากาศระดับสูงได้นานหลายปีถึงหลายสิบปีเลยทีเดียว ซึ่งทั้งหมดที่กล่าวมาอยู่บนชุดความรู้เดียวกันคือมนุษย์ยังเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้ภายในชั้นบรรยากาศของโลกที่น้อยมาก

ความตั้งใจที่จะลดมลพิษอันเกิดจากขยะอวกาศทำให้แนวคิดในการเปลี่ยนวัสดุโครงสร้างหลักของดาวเทียมในกลุ่ม CubeSat ในวงโคจรใกล้โลกให้เป็นวัสดุที่รักษ์โลกมากยิ่งขึ้นอย่างดาวเทียมที่ทำมาจากไม้ เช่น ดาวเทียม LignoSat ที่มหาวิทยาลัยเกียวโตร่วมกับ Sumitomo Forestry ผลิตขึ้นเพื่อค้นคว้าหาวัสดุที่ทำมาจากไม้มาสร้างดาวเทียม เพราะเมื่อโครงสร้างหลักของดาวเทียมทำมาจากไม้แล้ว การเผาไหม้และตกกลับสู่ชั้นบรรยากาศของโลกนั้นจะไม่ปลดปล่อยฝุ่นที่เป็นอันตรายกับชั้นบรรยากาศเหมือนกับอะลูมิเนียมแต่จะหลงเหลือเพียงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แทน

โครงการสำรวจโลกและอวกาศ รวมถึงธุรกิจอวกาศของโลกในวันนี้มาจนถึงจุดที่เราจะทำเป็นไม่รู้ไม่เห็นกับผลกระทบที่จะเกิดขึ้นข้างหน้าได้อีกต่อไปแล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องของขยะอวกาศที่ตอนนี้นอกจากจะทำร้ายเราในวงโคจรได้แล้วยังสามารถมาทำลายชั้นโอโซนของโลกเราได้อีก ความรับผิดชอบของมนุษย์ในตอนนี้จึงไม่ได้มีแค่เรื่องของวัตถุที่ลอยอยู่ในอวกาศและวัตถุที่ตกกลับโลกมาเพียงอย่างเดียว เพราะเมื่อการตกกลับลงมากำลังสร้างปัญหาใหญ่ให้กับชั้นโอโซน ความรับผิดชอบของมนุษย์ต่อโครงการอวกาศก็ย่อมต้องเพิ่มขึ้น ทั้งหมดนี้ก็เพื่อให้แน่ใจว่าความก้าวหน้าทางอวกาศจะไม่ทิ้งบาดแผลที่รักษาไม่หายไว้บนท้องฟ้าของเราทุกคน

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : Nature

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech