Mokslininkai ką tik atrado naują būdą sekti nevaldytą krentančių kosminių šiukšlių sugrįžimą į Žemę.
Įskriedami į atmosferą, kosmoso šiukšlių gabalai sukuria garso trenksmus – garsinius bumus, kuriuos gali užfiksuoti ant Žemės paviršiaus esantys prietaisai. Paprastai šie instrumentai stebi tai, kas vyksta po mūsų kojomis – seisminiai jutikliai, skirti nuolatinių Žemės gelmių virpesių registravimui.
Šis metodas – ne vien teorija. Planetų mokslininkas Benjaminas Fernando iš Johno Hopkinso universiteto ir inžinierius Constantinos Charalambous iš Londono Imperinio koledžo savo hipotezę išbandė, analizuodami 2024 m. Šendžou-15 orbitinio modulio sugrįžimą į atmosferą.
Seisminių jutiklių surinkti duomenys leido itin tiksliai išmatuoti ne tik patį sugrįžimo faktą, bet ir kritimo greitį, aukščio ribas, objekto dydį, leidimosi kampą bei laiką, kada kosminė šiukšlė pradėjo irti į gabalus.
„Kaskadinio, daugialypio fragmentavimosi stebėjimai suteikia įžvalgų apie nuolaužų irimo dinamiką ir turi aiškią reikšmę kosminių objektų situacijos stebėsenai bei nuolaužų keliamos rizikos mažinimui“, – rašo tyrėjai savo straipsnyje.
Augantis kosminių šiukšlių kiekis kelia vis didesnį susirūpinimą. Europos kosmoso agentūros 2025 m. balandžio ataskaitoje teigiama, kad Žemės orbitoje skrieja apie 1,2 milijono potencialiai pavojingų kosmoso šiukšlių fragmentų – ir šis skaičius, senstant bei nusenus vis daugiau palydovų, tik didės.
Tokio tipo „negyvi“ aparatai nebėra valdomi ir su jais neįmanoma užmegzti ryšio. Jei jie susiduria su kitomis nuolaužomis ar jų orbita tiek susilpnėja, kad prasideda nekontroliuojamas sugrįžimas į atmosferą, mums telieka stebėti procesą iš šalies.
Vis dėlto Fernando ir Charalambous teigimu, tą stebėjimą galime atlikti daug veiksmingiau, nei manyta iki šiol. Žinojimas, kur, kokiame aukštyje, kokiu greičiu ir kaip suskilo atgal į atmosferą grįžtantis objektas, padeda geriau suprasti atmosferinio sugrįžimo dinamiką ir prognozuoti, kur gali nukristi nuolaužos.
Kas yra garsinis bumas?
Garsinis bumas susidaro, kai objektas juda greičiau už garso sklidimo greitį tam tikroje terpėje. Nors pavadinimas leidžia manyti, kad tai vienas garsus trenksmas, iš tiesų tai labiau panašu į bangų pėdsaką – smūginę bangą, susidarančią, kai sklindančios slėgio bangos susispaudžia į kūgio formos zoną už dideliu greičiu judančio objekto.
Objektai, iš kosmoso įskriejantys į Žemės atmosferą, dažnai krinta gerokai viršydami garso greitį – pasiekia viršgarsinius ar net hiperžeminius (hipergarsinius) greičius. Jie srūva atmosferoje, vilkdami paskui save akustinės energijos kūgį, kurį žmonės žemėje girdi kaip garsų trenksmą.
Seisminiai jutikliai iš esmės sukurti registruoti akustinius signalus iš gilių Žemės gelmių. Tačiau tyrėjai sugalvojo, kad tie patys instrumentai gali būti panaudoti ir virš mūsų galvų krintančių kosminių šiukšlių sukuriamam akustiniam Macho kūgiui sekti.
Šendžou-15 modulio kritimo atvejis
2024 m. balandžio 2 d. nenaudojamas Šendžou-15 orbitinis modulis įskriejo į Žemės atmosferą virš Pietų Kalifornijos. Jo ilgis – apie 2,2 metro, o masė – maždaug 1,5 tonos. Tai pakankamai didelis ir sunkus objektas, keliantis potencialią grėsmę tiek aviacijai, tiek infrastruktūrai ant žemės – todėl jis tapo idealiu bandomuoju atveju naujam stebėsenos metodui.
Tyrėjai pasinaudojo viešai prieinamais Pietų Kalifornijos ir Nevados seismologinių tinklų duomenimis ir ėmė ieškoti modulio skriejimo pėdsakų. Jie aptiko signalus, atitinkančius žemę pasiekusį bangos trenksmą, kurį sukėlė Macho kūgio smūgiai, ir iš šių duomenų atstatė paskutinę modulio skrydžio bei irimo eigą.
Seisminiai duomenys parodė, kad modulis skrido maždaug Macho 25–30 greičiu. Tai dera su ankstesniais orbitos skaičiavimais, kurie rodė, kad prieš įskriejant į atmosferą jo greitis siekė apie 7,8 kilometro per sekundę.
Mokslininkai taip pat nustatė, kad ankstyvojoje kritimo fazėje buvo užfiksuotas vienas didelis bumą atitinkantis signalas, tačiau vėliau jis suskilo į sudėtingą daugybės mažesnių trenksmų seką. Tai sutampa su liudininkų pranešimais apie danguje stebėtą objekto irimą į fragmentus.
Galiausiai modulis visiškai sudegė atmosferoje ir ant žemės nepasiuntė pavojingų nuolaužų. Vis dėlto tyrimo rezultatai rodo, kad seisminės stotys gali tiksliai ir veiksmingai fiksuoti sugrįžtančių objektų skrydžio savybes. Tokia informacija ateityje galėtų padėti nustatyti tikėtiną nuolaužų kritimo zoną tais atvejais, kai objektas nesudega iki galo.
Praktinė nauda ir galimi pavojai
Tyrėjų teigimu, kadangi tokie objektai neišvengiamai įskrenda į atmosferą viršgarsiniu greičiu, didžiausi jų fragmentai, jei pasiekia žemę, nukrenta dar iki to momento, kai jų sukeltas garsinis bumas užfiksuojamas paviršiuje. Tačiau seismoakustiniai metodai leidžia daug greičiau ir tiksliau nustatyti, kur galėjo nukristi nuolaužos, nei pasikliaujant vien tik regimaisiais liudijimais ar orbitos modeliais.
Kitas svarbus aspektas – galimas pavojingų aerozolinių dalelių, išsiskiriančių objektui degant ir skylant, pasklidimas atmosferoje. Žinodami, kaip tiksliai vyksta šie irimo procesai, mokslininkai gali tiksliau modeliuoti, kur ir kokiu mastu tokie debesys gali pasklisti.
Kol kas nevaldomi kosminių aparatų sugrįžimai išlieka būtent tokie – nevaldomi. Nors jų dar negalime sukontroliuoti ar užkirsti jiems kelio, naujasis tyrimas parodė, kaip, remiantis viešai prieinamais seisminiais duomenimis, galime daug geriau stebėti ir suprasti jų kritimą.
Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale Science.
