Las emisiones de gases invernadero están cambiando el medio ambiente del espacio cercano a la Tierra de maneras que reducirán el número de satélites que pueden operar de forma sostenible.
En un estudio que aparece en 'Nature Sustainability', ingenieros aeroespaciales del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) informan que el dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero pueden hacer que la atmósfera superior se encoja.
Una capa atmosférica de especial interés es la termosfera, donde orbitan hoy la Estación Espacial Internacional y la mayoría de los satélites. Cuando la termosfera se contrae, la densidad decreciente reduce la resistencia atmosférica, una fuerza que empuja a los satélites viejos y otros desechos hacia altitudes donde se quemarán. Una menor resistencia significa una mayor vida útil de la basura espacial, lo que aumentará el potencial de colisiones en órbita.
El equipo realizó simulaciones de cómo las emisiones de carbono afectan a la atmósfera superior y a la dinámica orbital, con el fin de estimar la "capacidad de carga de los satélites" de la órbita baja terrestre. Estas simulaciones predicen que para el año 2100, la capacidad de carga de las regiones más populares podría reducirse entre un 50 y un 66 por ciento debido a los efectos de los gases de efecto invernadero.
"Nuestro comportamiento con los gases de efecto invernadero aquí en la Tierra durante los últimos 100 años está teniendo un efecto en cómo operamos los satélites durante los próximos 100 años", dice en un comunicado el autor del estudio, Richard Linares, profesor asociado en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT (AeroAstro).
"La atmósfera superior se encuentra en un estado frágil, ya que el cambio climático altera el status quo", añade el autor principal William Parker, estudiante de posgrado en AeroAstro. "Si no gestionamos esta actividad con cuidado y trabajamos para reducir nuestras emisiones, el espacio podría quedar demasiado abarrotado, lo que provocaría más colisiones y desechos".
En la última década, los científicos han podido medir los cambios en la resistencia de los satélites, lo que ha proporcionado evidencia de que la termosfera se está contrayendo en respuesta a algo más que el ciclo natural de 11 años del Sol. "El cielo se está cayendo literalmente, sólo que a un ritmo que se extiende a lo largo de décadas", afirma Parker.
El equipo del MIT se preguntó cómo afectará esa respuesta al número de satélites que pueden operar con seguridad en la órbita terrestre. Hoy en día, hay más de 10.000 satélites en la órbita terrestre baja, que describe la región del espacio hasta 2.000 kilómetros de la superficie de la Tierra. Estos satélites brindan servicios esenciales, como Internet, comunicaciones, navegación, pronóstico del tiempo y banca.
"En los últimos cinco años se han lanzado más satélites que en los 60 años anteriores juntos", afirma Parker. "Uno de los aspectos clave que estamos tratando de entender es si el camino que estamos recorriendo hoy es sostenible".
En su estudio, los investigadores simularon diferentes escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero para investigar los impactos en la densidad atmosférica y la resistencia. Modelaron la dinámica orbital y el riesgo de colisiones para identificar la "capacidad de carga" de cada capa. "Estamos tomando esa idea de capacidad de carga y traduciéndola a este problema de sostenibilidad espacial", explica Parker.
El equipo comparó varios escenarios, incluyendo uno en el que las concentraciones de gases de efecto invernadero se mantienen en los niveles del año 2000 y otros basados en proyecciones del IPCC. Descubrieron que los escenarios con aumentos continuos de las emisiones reducirían significativamente la capacidad de carga en la órbita terrestre baja.
En particular, estiman que para finales de este siglo, el número de satélites alojados de forma segura en altitudes de 200 y 1.000 kilómetros podría reducirse entre un 50 y un 66 por ciento si las emisiones continúan en aumento. Si se supera la capacidad de los satélites, podría ocurrir una "inestabilidad descontrolada", causando una cascada de colisiones que generaría más desechos orbitales, imposibilitando la operación segura de los satélites.
Predicciones hasta 2100
Sus predicciones se extienden hasta el año 2100, pero advierten que ciertas capas de la atmósfera ya están repletas de satélites, especialmente por "megaconstelaciones" como Starlink de SpaceX, que despliega miles de satélites de Internet.
"La megaconstelación es una nueva tendencia y estamos demostrando que, debido al cambio climático, tendremos una capacidad reducida en órbita", afirma Linares. "Dependemos de la atmósfera para limpiar nuestros desechos. Y si la atmósfera está cambiando, entonces el entorno de los desechos también cambiará", añade Parker. "Mostramos que la perspectiva a largo plazo sobre los desechos orbitales depende críticamente de la reducción de nuestras emisiones de gases de efecto invernadero".