ロケットや衛星は大気中に金属を放出している

人類は2世紀近くにわたって地球表面から大気を変化させてきたが、宇宙時代の今、私たちは宇宙からも大気を変化させている。大気科学者たちは最近、成層圏で予期せぬ金属の痕跡を発見した。成層圏は大気圏で2番目に低い層で、オゾン層が存在し、流星が流れ星に燃え尽きる場所である。研究者たちは、この汚染は宇宙船が地球の大気圏に再突入する際に発生したと断定した。この研究は先週、米国科学アカデミー紀要に発表された。

この研究は「宇宙活動が成層圏の粒子汚染の非常に大きな原因であるという初の観測的証拠」だと、この新しい研究には関わっていないLATMOSの大気科学者スリマン・ベッキ氏は言う。「さらに重要なのは、これらの粒子がオゾン層に与える影響を誰も知らないことだ」と同氏は付け加え、この分子が人間を危険な紫外線から守る上で重要な役割を担っていることを指摘した。

通常、ミッション計画者の主な懸念は、宇宙ゴミが地面に落ちて人や建物に危害を加えないようにすることですが、この研究が指摘しているように、成層圏で蒸発したものは、文字通りの衝突でなくても、依然として影響を及ぼす可能性があります。その物質はどこかに存在しているはずで、成層圏に残っているようです。「私たちは、大気圏の無傷の領域だと考えている場所で、この人工物質を発見しています。そして、成層圏、つまり大気圏のこの安定した領域で何かが変化しているのであれば、詳しく調べる価値があります」と、共同執筆者でパデュー大学の大気科学者ダン・チゾ氏はプレスリリースで述べています。

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研究チームは、高高度飛行用に特別に設計され、ノーズコーンに空気分析機器を搭載した航空機で、米国本土の成層圏を飛行した。NASA の ER-2 と WB-57 というこのユニークな航空機は、約 65,000 フィートで巡航し、一般的なジェット旅客機のほぼ 2 倍の高度である。最高 70,000 フィートまで飛行するこの研究機は、地球の大気の質量の 99 パーセントを超えることができる。

成層圏内では、これらの飛行機に搭載された収集装置がニオブとハフニウムという重金属の痕跡を記録した。これらの元素は大気中に自然には存在しないが、ロケットや宇宙船の殻によく使われている。チームはまた、銅、リチウム、アルミニウム、鉛など 20 種類以上の金属の濃度が予想以上に高いことも測定している。合計すると、成層圏内のエアロゾル粒子の約 10 パーセントに金属が含まれていることになる。

大気科学者たちは、これらの変化が地球にどのような影響を与えるか正確にはわかっていない。成層圏には硫酸の小さな塊があり、古い宇宙船の金属が混じっている。これらの金属の存在は、硫酸の滴がどれだけ大きくなるかを含め、成層圏の化学組成を変える可能性がある。上空での小さな変化でさえ、光の屈折、熱の伝達、氷の結晶の成長に影響を与える可能性がある。

大きな疑問は、こうした変化が地表の人間の生活にどのような影響を与えるかだ。残念ながら、その答えははっきりしていないが、過去には、オゾン層を侵食する CFC の追加など、成層圏の小さな変化が大きな影響をもたらしたことがある。最終的には、成層圏への被害を防ぐために、宇宙飛行に対する環境対策をさらに強化する必要があるかもしれない。

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「これらの粒子が上層大気に現れないようにする唯一の方法は、そもそも衛星を打ち上げないことです」と、研究チームには参加していないエクセター大学の大気科学者ジェイミー・シャトラー氏は説明する。「今後の可能性としては、打ち上げを減らす、衛星の寿命を延ばす（つまり打ち上げを減らす）、あるいは衛星の構成要素を業界に公表するよう促す（そうすればメーカーに潜在的な有害影響について指導できる）などがあります」。彼はさらに、この新たな発見は成層圏汚染に対する「私たちの懸念を裏付けるもの」だと付け加えた。

しかし、この問題を解決する前に、「再突入が成層圏に影響を及ぼす可能性があるという概念について考える必要がある」と、NOAAの大気科学者で論文の筆頭著者であるダニエル・マーフィー氏は言う。同氏は、この考えはまだ非常に新しいものであり、この汚染の規模と潜在的な影響を理解するにはさらに多くの研究が必要であることを強調した。

宇宙船の打ち上げと再突入の頻度が加速するにつれ、潜在的影響は大きくなる一方だと予想される。過去 5 年間で、宇宙機関と民間企業は 5,000 基以上の衛星を打ち上げたと、この研究の共著者でエアロスペース コーポレーションの気候科学者であるマーティン ロス氏はプレスリリースで指摘している。「その大半は今後 5 年間で再び地球に戻ってくるため、それが成層圏エアロゾルにどのような影響を与えるかを知る必要があります」と同氏は述べた。研究チームは、特に宇宙ゴミを大気圏に再突入させることで削減する今後の計画により、金属を含む粒子の割合が今後数十年間で 10 パーセントから 50 パーセント以上に増加する可能性があると予想している。

しかし、こうした取り組みや今後の打ち上げは、地球に及ぼす可能性のある影響に注意する必要があり、研究者はそうした影響の範囲を判断するためにさらなる研究を行う必要がある。「地球を理解することは、最も緊急な研究優先事項の 1 つです」と Cziczo 氏は言う。