Otaczająca Ziemię gazowa powłoka – wbrew rysunkom, które znamy z Wikipedii i podręczników – nie jest statyczna. Jej poszczególne warstwy, od najbliższych powierzchni do najdalszych od niej, mogą się kurczyć albo rozszerzać. Największy wpływ na to zjawisko wywiera Słońce.
Ono również w niczym nie przypomina równo świecącej żarówki. Słońce ma różną aktywność, która to spada, to przybiera na sile. Cykl aktywności Słońca trwa jedenaście lat. Ten, który właśnie trwa, rozpoczął się w grudniu 2019 r. Poprzedni był stosunkowo słaby, z niską aktywnością Słońca. I właśnie w czasie jego można było zebrać dane, by potwierdzić hipotezę wysnutą jeszcze w latach 80. poprzedniego wieku.
Jak dwutlenek węgla wpływa na atmosferę?
Doskonale wiemy, co dzieje się, gdy uwalniamy CO2 do atmosfery. Dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane tworzą warstwę izolacyjną, utrudniającą wypromieniowywanie w kosmos energii emitowanej przez planetę. Energia ta – wcześniej dostarczona przez Słońce – wypromieniowywana jest w postaci promieniowania podczerwonego. Im więcej w atmosferze gazów cieplarnianych, tym skuteczniej je zatrzymują. W ten sposób rośnie średnia temperatura na całym planecie.
Jednak już kilkadziesiąt lat temu naukowcy zaczęli się zastanawiać, co się stanie, gdy stężenie dwutlenku węgla wzrośnie również w wyższych warstwach atmosfery. Wiadomo było, że czym więcej CO2 będzie w troposferze – czyli w dolnej warstwie atmosfery – tym stopniowo zacznie przenikać również do jej górnych warstw.
Czym wyżej, tym atmosfera jest rzadsza. W mezosferze i dolnej części termosfery cząsteczek gazów jest miliony razy mniej niż tuż nad Ziemią. Naukowcy założyli, że znajdujący się tam CO2 będzie skutecznie wypromieniowywał ciepło prosto w przestrzeń kosmiczną. Górne warstwy atmosfery staną się przez to chłodniejsze – i się skurczą.
Atmosfera ziemska ma pięć warstw. / fot. Roberto Machado Noa/Getty Images
Pomiary z pomocą satelity TIMED
Poprawność tej teorii udowodnił właśnie zespół Martina Mlynczyka z należącego do NASA Centrum Badawczego Langley (NASA Langley Research Center). Naukowcy skupili się na części atmosfery zwanej MLT. To rozpoczynająca się ok. 60 km nad Ziemią mezosfera i dolna termosfera, która zaczyna się ok. 90 km nad Ziemią.
Do obserwacji MLT służy satelita TIMED. Należące do NASA urządzenie mierzy jej grubość i temperaturę. Badacze przeanalizowali dane z prawie dwudziestu lat – z okresu między rokiem 2002 a 2019. W tym okresie temperatura MLT spadła o 1,7 stopnia Celsjusza. Grubość tej części atmosfery zmniejszyła się zaś o prawie półtora kilometra. Z czego około 340 m utraconej grubości to efekt działania dwutlenku węgla. Ta zmiana – niezwiązana z aktywnością Słońca – zdaniem naukowców będzie stała.
Mniejszy opór powietrza
W skali setek kilometrów utrata 300 m grubości wydaje się nieistotna. Jednak nawet tak niewielka zmiana ma praktyczne znaczenie dla nas, żyjących na Ziemi. Cieńsza termosfera to mniejszy opór powierza w okolicach, w których krążą satelity. A w rezultacie powiększająca się ilość kosmicznych śmieci.
Choć kilkaset kilometrów nad Ziemią atmosfera jest ultracienka, to jednak nadal istnieje. Dzięki niej powstaje opór aerodynamiczny, umożliwiający deorbitację satelitów, które wyszły już z użycia. Jednak im mniejszy opór, tym deorbitacja staje się trudniejsza, a niska orbita okołoziemska coraz bardziej zatłoczona.
Więcej kosmicznych śmieci
Ma to pewne dobre strony. – Konsekwencją [kurczenia się MLT – przyp. red.] będzie to, że satelity będą dłużej krążyć na orbicie – komentował Martin Mlynczyk dla phys.org. – Co jest dobre, bo właśnie tego od nich chcemy. Jednak dłużej na orbicie będą pozostawały również kosmiczne śmieci. A to oznacza, że satelity i inny cenny sprzęt wysyłany z Ziemi będzie musiał korygować swoje trajektorie, by unikać kolizji – dodaje badacz.
Z badania opublikowanego ostatnio w czasopiśmie „Geophysical Research Letters” wynika, że do 2070 r. przewidywane ochładzanie się termosfery zmniejszy opór powietrza o 33 proc. I przedłuży czas orbitowania kosmicznych śmieci aż o jedną trzecią.
Jak sobie z tym poradzić? Na razie nie ma innych pomysłów niż najbardziej oczywiste: zmniejszyć emisje CO2 i zmniejszyć ilość wysyłanych na orbitę satelitów.
Źródła: phys.org, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, Geophysical Research Letters
