Учёные впервые в истории напрямую зафиксировали, как при сгорании космического мусора в атмосфере Земли образуется облако химического загрязнения. Наблюдения позволили почти в реальном времени проследить распространение веществ, выброшенных при входе обломков ракеты в атмосферу, и дают новые данные о том, как космическая деятельность влияет на окружающую среду планеты.

Измерения были проведены 20 февраля 2025 года после схода с орбиты верхней ступени ракеты Falcon 9. Во время входа в атмосферу над Европой аппарат распался, а его фрагменты упали на территории Польши. Команда исследователей из института Leibniz Institute of Atmospheric Physics использовала лидар для дистанционного анализа состава воздуха и обнаружила в верхних слоях атмосферы аномально высокую концентрацию лития.

По словам руководителя исследования Робина Уинга, учёные оперативно начали наблюдения, увидев сообщения о ярком болиде над Европой. Анализ данных показал десятикратное увеличение плотности лития на высоте около 96 километров — именно там, где происходило основное разрушение ступени. Образовавшееся облако загрязнения за примерно 20 часов было перенесено воздушными потоками из района Ирландии в Германию.

Обломки ракеты SpaceX Falcon 9 сгорают над Ингерслебеном (Германия) 19 февраля 2025 года. Источник: Bennett Theile

Чтобы подтвердить происхождение выброса, использовали модель глобальной циркуляции атмосферы, разработанную в межправительственной организации Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF, European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). Расчёты показали совпадение траектории распространения облака с маршрутом падения ракеты и моментом времени.

Основное внимание учёные уделили литию, поскольку в естественной атмосфере он присутствует в крайне малых количествах. Согласно оценкам, с метеоритами на Землю попадает около 80 граммов лития в сутки. Для сравнения, одна ракета Falcon 9 содержит до 30 килограммов этого элемента — в алюминиево-литиевых сплавах корпуса и аккумуляторах. Поэтому литий оказался удобным «маркером» техногенного происхождения загрязнения.

Проблема сгорания космического мусора становится всё более актуальной. За последнее десятилетие число спутников и ракетных ступеней на орбите резко выросло. По данным Европейского космического агентства (ESA), в атмосферу Земли ежедневно возвращаются более трёх объектов — от старых спутников до фрагментов ракет. В сумме за год сгорают сотни тонн.

Измерение лития в ночь с 19 на 20 февраля 2025 года. До выброса (с 19:00 19 февраля до 00:21 20 февраля по UTC) максимальная плотность лития составляла 3,0 ± 1,1 атома/см3 на высоте около 96 км. Во время выброса она выросла до 31 ± 8,3 атома/см3 — максимум был зафиксирован в 00:30 UTC на высоте 96,1 км. Выброс охватывал слой атмосферы от 94,5 до 96,8 км и продолжался с полуночи по UTC до окончания работы лидара в 00:48. Вертикальное разрешение наблюдений — 200 м. Данные сглажены с помощью окна Хэннинга (по полуширине на половине максимума, FWHM), с дополнительным сглаживанием по времени. Источник: Wing, R., Gerding, M., Plane, J.M.C. et al. Measurement of a lithium plume from the uncontrolled re-entry of a Falcon 9 rocket. Commun Earth Environ 7, 161 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-025-03154-8

Хотя по массе космический мусор пока уступает естественным метеоритам, его химический состав принципиально иной. При разрушении аппаратов в атмосферу попадают вещества, которые практически не встречаются в природе. Учёные опасаются, что такие выбросы могут ускорять разрушение озонового слоя и менять тепловой баланс планеты.

Ранее основные опасения были связаны с алюминием — главным компонентом корпусов спутников и ракет. При сгорании он быстро окисляется и образует оксид алюминия, который способствует разрушению озона и влияет на отражение солнечного света. Однако алюминий крайне трудно фиксировать: он вступает в реакцию с кислородом за доли микросекунды после испарения.

Влияние лития на атмосферные процессы пока что практически не изучено. Новые наблюдения показывают, что этот элемент может играть более заметную роль, чем считалось. Учёные подчёркивают, что без прямых измерений невозможно точно оценить масштаб воздействия космического мусора на климат.

Авторы работы считают, что полученные данные открывают новое направление в исследовании последствий космической деятельности. По мере роста орбитальной инфраструктуры число сходов с орбиты будет увеличиваться, а значит, и объёмы техногенных выбросов в атмосферу продолжат расти. Теперь у исследователей появился инструмент, позволяющий изучать эти процессы напрямую.

В дальнейшем команда планирует расширить наблюдения и отслеживать аналогичные события в разных регионах мира. Это должно помочь понять, насколько серьёзной угрозой для атмосферы может стать массовое возвращение спутников и ракет в ближайшие десятилетия.

Подробнее на iXBT