Signaturas de la Era Espacial: Los metales de las naves espaciales dejados en el camino de la humanidad hacia las estrellas.

16 de octubre de 2023

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por Brittany Steff, de la Universidad Purdue

La Era Espacial está dejando huellas en una de las partes más remotas del planeta: la estratosfera, lo cual tiene posibles implicaciones en el clima, la capa de ozono y la habitabilidad continua de la Tierra.

Utilizando herramientas colocadas en la punta de sus aviones de investigación y tomando muestras a más de 11 millas sobre la superficie del planeta, los investigadores han descubierto cantidades significativas de metales en los aerosoles presentes en la atmósfera, probablemente provenientes de lanzamientos y regresos cada vez más frecuentes de naves espaciales y satélites. Esa masa de metal está cambiando la química atmosférica de maneras que podrían afectar la atmósfera y la capa de ozono de la Tierra.

"Estamos encontrando este material hecho por el hombre en lo que consideramos una área prístina de la atmósfera", dijo Dan Cziczo, uno de los científicos de un equipo que publicó un estudio sobre estos resultados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences. "Y si algo está cambiando en la estratosfera, esta región estable de la atmósfera, merece una mirada más cercana".

Cziczo, profesor y jefe del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias en el College of Science de Purdue, es un experto en ciencias atmosféricas que ha pasado décadas estudiando esta región rarificada.

Bajo el liderazgo de Dan Murphy, profesor adjunto en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias e investigador en la National Oceanic and Atmospheric Administration, el equipo detectó más de 20 elementos en proporciones que reflejan las utilizadas en aleaciones de naves espaciales.

Encontraron que la cantidad de litio, aluminio, cobre y plomo provenientes de la reentrada de naves espaciales supera con creces los metales encontrados en el polvo cósmico natural. Casi el 10% de las partículas de ácido sulfúrico grandes, las cuales ayudan a proteger y tamponar la capa de ozono, contenían aluminio y otros metales de naves espaciales.

Los científicos estiman que hasta 50,000 satélites más podrían llegar a la órbita para 2030. El equipo calcula que eso significa que, en las próximas décadas, hasta la mitad de las partículas de ácido sulfúrico estratosférico contendrían metales provenientes de la reentrada. Todavía no se comprende qué efecto podría tener esto en la atmósfera, la capa de ozono y la vida en la Tierra.

Los científicos han sospechado desde hace mucho tiempo que las naves espaciales y los satélites están cambiando la atmósfera superior, pero estudiar la estratosfera, donde no vivimos y donde incluso los vuelos más altos solo entran brevemente, es un desafío.

Como parte del Programa de Ciencias Aeronáuticas de la NASA, Murphy y su grupo vuelan en un avión WB-57 para tomar muestras de la atmósfera a 11.8 millas (19 km) sobre el suelo en Alaska, donde tienden a formarse nubes circumpolares. Cziczo y su grupo realizaron mediciones similares desde un avión ER-2 sobre los Estados Unidos continentales. Ambos grupos utilizan instrumentos colocados en la punta del avión para asegurarse de tomar solo el aire más fresco y sin perturbaciones.

Al igual que la vista de la superficie tranquila del océano, la estratosfera parece no estar perturbada, al menos para los ojos humanos. La vida y la civilización ocurren principalmente en la superficie del planeta y en la troposfera, la capa más baja de la atmósfera. La estratosfera es una capa sorprendentemente estable y aparentemente serena de la atmósfera.

La estratosfera también es el dominio de la capa de ozono: esa maravilla gaseosa que actúa como una carpa global para proteger el planeta y toda la vida en él de los rayos ultravioleta quemantes y abrasadores. Sin la capa de ozono, es probable que la vida nunca hubiera surgido en la Tierra. Y sin ella, es poco probable que la vida pueda continuar.

Las últimas décadas han sido agitadas para la estratosfera. La capa de ozono estuvo amenazada por los clorofluorocarbonos en los años 1980, y solo los esfuerzos coordinados y sostenidos a nivel global de gobiernos y corporaciones han comenzado a dar frutos en su reparación y reaprovisionamiento.

"Las estrellas fugaces atraviesan la atmósfera", dijo Cziczo.

"A menudo, el meteorito se quema en la atmósfera y ni siquiera se convierte en un meteorito que llega al planeta. Entonces, el material del que estaba hecho permanece en la atmósfera en forma de iones. Forman un gas muy caliente que comienza a enfriarse y condensarse en moléculas que caen en la estratosfera".

"Las moléculas se encuentran entre sí, se unen y forman lo que llamamos humo de meteorito. Los científicos recientemente comenzaron a notar que la huella química de estas partículas meteoríticas estaba empezando a cambiar, lo que nos llevó a preguntarnos, 'Bueno, ¿qué cambió?' porque la composición de los meteoritos no ha cambiado. Pero el número de naves espaciales sí lo ha hecho".

Spacecraft launches, and returns, were once international events. The launches of Sputnik and the Mercury missions were front-page news. Now, a quickening tide of innovation and loosening regulation means that dozens of countries and corporations are able to launch satellites and spacecraft into orbit. All those satellites have to be sent up on rockets—and most of that material, eventually, comes back down.

Like the wakes of great ships trolling through the ocean, rockets leave behind them a trail of metals that may change the atmosphere in ways scientists don't yet understand.

'Just to get things into orbit, you need all this fuel and a huge body to support the payload,' Cziczo said. 'There are so many rockets going up and coming back and so many satellites falling back through the atmosphere that it's starting to show up in the stratosphere as these aerosol particles.'

Of course, shooting stars were the first space-delivery system. Meteorites fall through the atmosphere every day. The heat and friction of the atmosphere peel material off them, just as they do off human-made artifacts. However, while hundreds of meteors enter the Earth's atmosphere every day, they are increasingly being rivaled by the mass of metals that comprise the tons of Falcon, Ariane and Soyuz rockets that boost spacecraft into space and return again to Earth's surface.

'Changes to the atmosphere can be difficult to study and complex to understand,' Cziczo said. 'But what this research shows us is that the impact of human occupation and human spaceflight on the planet may be significant—perhaps more significant than we have yet imagined. Understanding our planet is one of the most urgent research priorities there is.'

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences

Provided by Purdue University