Firme dell'era spaziale: metalli delle astronavi lasciati nel solco del cammino dell'umanità verso le stelle.

16 ottobre 2023

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di Brittany Steff, Purdue University

L'Età dello Spazio sta lasciando tracce su una delle parti più remote del pianeta - la stratosfera - che ha implicazioni potenziali per il clima, lo strato di ozono e la continuata abitabilità della Terra.

Utilizzando strumenti collegati all'estremità del cono del loro velivolo di ricerca e campionando a oltre 11 miglia sopra la superficie del pianeta, i ricercatori hanno scoperto quantità significative di metalli in aerosol nell'atmosfera, probabilmente a causa dei lanci sempre più frequenti e dei rientri di navicelle spaziali e satelliti. Quella massa di metallo sta cambiando la chimica atmosferica in modi che potrebbero influenzare l'atmosfera terrestre e lo strato di ozono.

"Stiamo trovando questo materiale di origine umana in quella che consideriamo una zona incontaminata dell'atmosfera," ha detto Dan Cziczo, uno dei membri di un team di scienziati che ha pubblicato uno studio su questi risultati nelle Proceedings of the National Academy of Sciences. "E se qualcosa sta cambiando nella stratosfera - questa regione stabile dell'atmosfera - merita una visione più ravvicinata."

Cziczo, professore e capo del Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie nel College of Science di Purdue, è un esperto di scienze atmosferiche che ha passato decenni a studiare questa regione rarefatta.

Sotto la guida di Dan Murphy, professore aggiunto nel Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie e ricercatore presso la National Oceanic and Atmospheric Administration, il team ha rilevato più di 20 elementi in proporzioni che riflettono quelle utilizzate nelle leghe delle navicelle spaziali.

Hanno scoperto che la massa di litio, alluminio, rame e piombo proveniente dal rientro delle navicelle spaziali superava di gran lunga quei metalli trovati nella polvere cosmica naturale. Quasi il 10% delle particelle di acido solforico grande - le particelle che aiutano a proteggere e tamponare lo strato di ozono - contenevano alluminio e altri metalli spaziali.

Gli scienziati stimano che entro il 2030 fino a 50.000 satelliti potrebbero raggiungere l'orbita. Il team calcola che ciò significhi che, nei prossimi decenni, fino alla metà delle particelle di acido solforico atmosferico conterranno metalli provenienti dai rientri. Quali effetti ciò potrebbe avere sull'atmosfera, lo strato di ozono e la vita sulla Terra è ancora da capire.

Gli scienziati sospettavano da tempo che le navicelle spaziali e i satelliti stessero modificando l'atmosfera superiore, ma lo studio della stratosfera, dove non viviamo e persino i voli più alti entrano solo brevemente, è una sfida.

Come parte del programma scientifico di NASA, Murphy e il suo gruppo volano con un aeroplano WB-57 per campionare l'atmosfera a 11,8 miglia (19 km) sopra il suolo in Alaska, dove tendono a formarsi le nuvole circolari. Misure simili sono state effettuate da Cziczo e il suo gruppo da un velivolo ER-2 sopra gli Stati Uniti continentali. Entrambi i gruppi utilizzano strumenti collegati all'estremità del cono del velivolo per garantire che venga campionato solo l'aria più fresca e meno disturbata.

Come la vista della superficie calma dell'oceano, la stratosfera appare serena - almeno agli occhi umani. La vita e la civiltà si svolgono principalmente sulla superficie del pianeta e nella troposfera, lo strato più basso dell'atmosfera. La stratosfera è uno strato sorprendentemente stabile e apparentemente sereno dell'atmosfera.

La stratosfera è anche il regno dello strato di ozono: quella meraviglia gassosa che agisce come una tenda globale per proteggere il pianeta e tutta la vita su di esso dai raggi ultravioletti ardenti. Senza lo strato di ozono, probabilmente la vita non sarebbe mai sorta sulla Terra. E senza di esso, la vita è improbabile che possa continuare.

Gli ultimi decenni sono stati movimentati per la stratosfera. Lo strato di ozono è stato minacciato dai clorofluorocarburi negli anni '80, e solo gli sforzi globali coordinati e sostenuti di governi e aziende hanno iniziato a dare frutti nella riparazione e nel ripristino.

"Le stelle cadenti solcano l'atmosfera," ha detto Cziczo.

"Spesso, il meteoro brucia nell'atmosfera e non diventa nemmeno un meteorite e raggiunge il pianeta. Quindi il materiale di cui era fatto rimane nell'atmosfera sotto forma di ioni. Essi formano un gas molto caldo, che comincia a raffreddarsi e a condensarsi come molecole e cade nella stratosfera."

"Le molecole si trovano a vicenda e si uniscono formando quella che chiamiamo polvere meteoritica. Gli scienziati hanno iniziato di recente a notare che l'impronta chimica di queste particelle meteoritiche stava cominciando a cambiare, il che ci ha fatto chiedere, 'Beh, cosa è cambiato?' perché la composizione dei meteoriti non è cambiata. Ma il numero delle navicelle è aumentato."

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