S rozvojem kosmonautiky se objevuje i stinná stránka - kosmické znečištění. Jde o člověkem vytvořené umělé světlo, které je přidáno do prostředí k okolnímu přirozenému světlu. Tento problém, dříve zanedbatelný, se s masovým rozšířením osvětlení a nárůstem populace stává stále palčivějším.
Světelné znečištění na Zemi
Začněme na Zemi, a to u fenoménu, který se začal v posledních letech hodně probírat. Je jím světelné znečištění, nebo též někdy světelný smog. V minulosti, když lidé měli maximálně svíčky, nebylo světelné znečištění problém. Pak ale přišla elektrifikace a masové rozšíření osvětlení všechno druhu a od té doby se situace stále zhoršuje. Obrovský nárůst populace a zvětšování měst vede k tomu, že je na světě čím dál více světelných zdrojů a je čím dál těžší najít místa světelným znečištěním nezasažená.
Lidé si totiž často myslí, že jde jen o problém velkých měst. Jenže jak se ukazuje, světelná čepice například Prahy je dobře rozpoznatelná i 100 kilometrů daleko. Jak vidíte, najít v Evropě přirozeně tmavou oblohu už je v podstatě nemožné. O světelném znečištění panuje v populaci mnoho mylných představ. Lidé mají například pocit, že se týká jen astronomů a astronomie. A ano, nebudeme si lhát, je pravda, že astronomové mají se světelným znečištěním velký problém.
Kvůli němu totiž mají problém najít vhodné lokality pro svá pozorování, ať už amatérská, či především profesionální. Ale světelné znečištění není jen věc astronomie. Ovlivňuje negativně i spoustu dalších věcí. Například má velmi negativní vliv na volně žijící zvířata a rostliny. Kvůli němu jsou zmatení migrující ptáci či hmyz, který pak nacházíme ve svítidlech. V Jižní Americe se nachází řada velkých a klíčových astronomických observatoří. Ani tam už ale není situace optimální. Negativní je i vliv na lidské zdraví. Lidé v noci potřebují tmu a ne to, aby na ně neustále svítilo silné světlo.
Pokud jsou lidé v noci vystaveni světlu, hůře spí a mozek špatně regeneruje, navíc se netvoří melatonin. Byť samozřejmě závisí na tom, jaké světlo to je. Oheň nevadí, na něj jsme zvyklí evolučně, stejně tak nevadí červené světlo, které je šetrné, ale bílé světlo vadí a velmi pravděpodobně je škodlivé i modré světlo. Zkrátka a dobře, zbytečně se prosvítí miliony dolarů, kdy se vyrobená elektřina spálí zcela zbytečně na světlo, které míří nahoru do nebe, popřípadě lidem do oken. Lidé si pak stahují žaluzie, aby jim lampy nesvítily přímo do ložnice. A řidiče či chodce zase mnohá svítidla oslňují.
Čtěte také: Životní Prostředí a jeho Znečištění
Zbytečně jsou také neustále osvětleny různé sklady, obchody a podobně, popřípadě různé památky. Lidé mají pocit, že čím více světla, tím bezpečněji. Ale pokud vás osvětlení oslňuje tak, že nevidíte nic anebo vidíte špatně, je to naopak pro zloděje ideální příležitost. Zkrátka, světelné znečištění je velmi komplexní problém.
Problém s kosmickým smetím
Na oběžné dráze Země jsou úlomky raket a družic nejrůznějších velikostí od pouhých několika milimetrů až po kusy velké několik metrů, které tam lidstvo nashromáždilo za více než půl století dobývání vesmíru a které představují stále rostoucí riziko srážky pro jiné družice. Největší množství je úlomků o velikosti do 1 cm (ty se počítají na desítky milionů kusů).
Malé úlomky o velikosti do několika milimetrů naštěstí představují při srážce jen menší riziko, neboť vzhledem ke své malé hmotnosti resp. kinetické energii nemají sílu způsobit větší škodu. Naopak velké úlomky (nad 10 cm) mohou způsobit fatální škody, jejich počet je ovšem řádově menší. Lze je také lépe sledovat radary, jejich dráhy jsou poměrně dobře zmapovány a veškeré lety na oběžnou dráhu jsou plánovány tak, aby se těmto letícím projektilům vyhnuly. Největší nebezpečí představuje záplava úlomku střední velikosti cca 0,5 až 10 cm, které jsou dost velké na to, aby mohly způsobit velmi vážná poškození družic, zároveň jsou příliš malé na to, aby je bylo možné ze Země sledovat.
Neustále ve střehu musí být např. posádka Mezinárodní vesmírné stanice ISS. Naposledy v sobotu 23. března ji ohrožoval úlomek bývalé sovětské družice Kosmos 2251, kvůli němuž se museli kosmonauté preventivně uchýlit do záchranného modulu stanice.
Se zvyšující se frekvencí incidentů zaměstnává otázka kosmického smetí v poslední době především dvě největší světové kosmické agentury, americkou NASA a evropskou ESA, které počátkem tohoto roku sjednotily své snahy k řešení tohoto problému. Iniciativa původně vzešla ze strany Evropské kosmické agentury již v roce 2009 jako reakce na srážku ruské a americké družice. Počátkem tohoto roku tyto aktivity jasně podpořila i americká administrativa a vzniklo tak koordinované úsilí, do nějž je zapojeno mnoho států světa, Českou republiku nevyjímaje.
Čtěte také: Druhy dopravy a znečištění vody
Na lehkou váhu nebere problém znečištění oběžné dráhy ani Čína se svým ambiciozním vesmírným programem. Již v roce 2005 zprovoznila vlastní Centrum pro pozorování a sledování kosmických objektů.
Nárůst počtu družic
Tento graf krásně ukazuje prudký nárůst počtu aktivních družic v kosmickém prostoru v posledních letech. První družice světa, sovětský Sputnik, odstartoval v roce 1957. Od té doby se počet družic téměř bez výjimky pořád mírně zvyšoval, ale v podstatě neustále se držel na poměrně nízké hladině a nikdy se nedostal přes hodnotu 2000 aktivních družic. Pak se ale začala situace rychle měnit.
Ke konci června 2025 bylo na nízké oběžné dráze kolem Země téměř 13 000 aktivních družic. Existují dohady, že v roce 2030 bude na nízké oběžné dráze přes 100 000 družic! Většina družic prozatím patří USA, a na druhém místě je Rusko.
Každý z nás už asi někdy viděl na obloze letící družic. Astronomy pochopitelně ovlivňovaly od samého počátku kosmického věku, ale dlouho měly jen malý dopad. Většinu vypuštěných družic tvoří družice megakonstelace Starlink. Kdybych na vašem těle provedl 100 000 řezů papírem, s velkou pravděpodobností byste zemřeli. A pokud budeme mít na obloze 100 000 družic, pravděpodobně zemře pozemní astronomie. Tyto družice budou škodit zejména, když budou blízko povrchu a na přímém slunečním světle.
Z počátku vypouštěly družice jen národní nebo nadnárodní kosmické agentury. Úplně na počátku kosmického věku zejména USA a Sovětský svaz, následně se přidaly Francie, Čína, Indie i další státy a také Evropská kosmická agentura. Později se rozšířily komerční komunikační družice, které zajišťovaly například přístup k satelitním telefonům, což využívají zejména horolezci, polárníci, vojáci a další lidé pracující a pohybující se v odlehlých oblastech. Typickým příkladem byly družice systému Iridium.
Čtěte také: Hlukové znečištění a velryby
Čím dál více se ale v posledních letech začal rozvíjet koncept satelitních megakonstelací, to je uskupení družic, jichž má být tisíce či dokonce desítky tisíc. Jde o „Muskův“ Starlink. Tato konstelace od firmy SpaceX má aktuálně na oběžné dráze asi 5000 družic a v dlouhodobém horizontu by se měla dostat až na neuvěřitelných 42 000! Konkurenční OneWeb od francouzské skupiny Eutelsat by se mohl dostat až na téměř 2 000 družic. Také v tomto případě jde o zajištění připojení k internetu.
Dalším konkurentem SpaceX je i firma Amazon dalšího extrémně bohatého muže Jeffa Bezose. Tato společnost pracuje na projektu Amazon Leo, opět jde o konstelaci, která má zajistit přístup k internetu. Ta má mít v konečné podobě asi 3 300 družic. Oba projekty už mají část družic v kosmickém prostoru, nicméně hlavní várky teprve na oběžnou dráhu zamíří. Za řeč stojí zejména čínská satelitní megakonstelace Guowang, která má být umístěna rovněž na nízké oběžné dráze kolem Země a má být jedním z hlavních konkurentů Starlinků.
Dále tu jsou megakonstelace, jež se teprve plánují. Kanadský Telesat by se mohl v maximální verzi dostat na 512 družic, což je ještě relativně rozumné číslo. Čínský Hongyan by měl jít až na 864 a jihokorejská Hanwha až na 2000 družic. Když to spočteme, jsme zhruba na 63 000 družic! Připomínám ještě jednou, že letos jich byl v kosmu zhruba 14 000.
Důsledky pro astronomii
Možná až 100 000, či ještě více do několika let. I na svých finálních oběžných drahách přitom budou tyto družice velmi jasné. A navíc letí hodně rychle, takže ovlivní mnoho astronomických snímků a pozorování v reálném čase najednou. Už současný stav je tristní.
Na noční obloze se nachází asi 9 000 objektů jasnějších než magnituda + 6,5 (to jsou objekty, které za ideálních podmínek při přirozeně tmavé obloze můžete vidět pouhým okem), a asi 120 000 objektů jasnějších než magnituda + 9, což je pro dalekohledy stále velmi jasný objekt. I kdyby každý provozovatel družic dobrovolně splnil doporučení astronomů, jakože nesplní, zatím se k těmto cílům zavázalo pouze minimum operátorů, už brzy bude na oběžné dráze tolik družic s magnitudou +9 nebo jasnějších, kolik je přirozeně se vyskytujících objektů s touto jasností.
Pokud má jejich dalekohled dosti úzké zorné pole a dělá mnoho snímků rychle za sebou, tedy nesnímá fotografie s dlouhou expozicí, nebude mít situace s velkým množstvím družic na takový projekt zásadně negativní vliv. Bohužel ale ne všechna pozorování budou mít takové štěstí. Existují totiž skupiny pozorování, které utrpí přímo extrémně. Jakýkoli detektor ve viditelné či blízké infračervené oblasti spektra bude ovlivněn naprosto zásadně, pokud bude mít široké zorné pole, popřípadě pokud bude dělat snímky s vysokou citlivostí.
Což je velký problém zejména u blízkozemních planetek. Zde je jejich nalezení a přesné určení oběžné dráhy otázkou doslova života a smrti. Jinými slovy, Země bude kvůli tomu méně bezpečná, protože budeme méně přesně znát parametry potenciálně nebezpečných objektů, které by mohly naši planetu ohrozit. Naopak velmi budou zasaženy již zmíněné přehlídkové programy jako Sloan Digital Sky Survey, Zwicky Transient Facility, Pan-STARRS, nebo observatoř Very Rubin. Ty všechny utrpí obrovské škody.
Mimochodem, příznivci Muska by řekli, že se snaží situaci řešit, protože představil ztmavenou verzi svých družic a snaží se podnikat i další kroky, například při přeletu družic na cílovou oběžnou dráhu. Ano, to je pravda. Bohužel to ale stále není dostatečné. Je ovšem pravda, že nedávno se začal zvažovat způsob, který by mohl škody na astronomii ve viditelném světle omezit.
I rádiová astronomie bude satelitními megakonstelacemi ovlivněna. Poškozeno bude například detailní měření polarizace reliktního záření, pozorování emisí mezihvězdných mračen plynu, hledání organických molekul v mezihvězdném prostoru, studium hvězdotvorných oblastí, či zkoumání období reionizace na počátku existence vesmíru. I kdybychom dostali do kosmického všechny přístroje pozorující ve viditelné a blízké infračervené oblasti, stejně by věda vážně utrpěla.
Pro optickou astronomii vůbec, a pro mikrovlnnou astronomii jen velmi omezená. Ale je nutné ji zavést, už teď je situace velmi vážná. Brzy nastane doba, kdy bude během každého okamžiku z většiny míst na Zemi vidět asi 1 % družic a tyto družice budou negativně ovlivňovat pozorovatele po celém světě. Satelitní megakonstelace navíc povedou k přeplnění nízkých oběžných drah.
Riziko srážek družic, a s tím spojená závažná rizika, raketově naroste. Zhorší to navíc už tak vážný problém světelného znečištění. V důsledku téměř nevyhnutelných srážek a selhávání družic naroste i množství a tím i problém kosmického odpadu.
Znečištění atmosféry
Ke znečišťování atmosféry dochází i při zániku těles. Ale jak jsem říkal, rakety dnes nejsou hlavní téma. Takže co znečištění atmosféry a družice. Říkáte si teď asi, jestli jsem se nezbláznil. Vždyť přece družice létají mimo atmosféru. No, ve skutečnosti atmosféra nemá ostrý konec a jasnou hranici, takže družice prolétají zbytky vzduchu.
Každý den dopadne na Zemi 54 tun materiálu z okolního vesmíru ve formě meteoroidů. Převážná část tohoto materiálu je tvořena kyslíkem a křemíkem, což jsou nejběžnější prvky v horninách. Ostatní prvky tvoří jen malou část celku. Nejběžnější ze zbytku jsou potom nikl, železo a hliník. Každý den dopadne na Zemi přirozeně z materiálu Sluneční soustavy asi půl tuny hliníku.
Zánik družic či horních stupňů raket vede k zanášení horních vrstev atmosféry hliníkem, ale i dalšími látkami. Teď si však představme situaci, že máme na oběžné dráze vyšší desítky tisíc, či dokonce nižší stovky tisíc družic, které je navíc třeba pravidelně, dejme tomu jednou za pět let, vyměňovat. Každých pět let nám tak 100 000 družic (zhruba) zanikne v atmosféře. Pokud by každá z těchto družic připomínala dnešní satelity megakonstelace Starlink, pak by průměrně každý den přibylo do atmosféry asi 14 tun hliníku.
Jaký vliv může mít hliník na Zemi? Může například ovlivňovat tvorbu oblačnosti, částečky hliníku mohou sloužit jako kondenzační jádra a tím se může zvýšit tvorba oblaků. Rozptýlení hliníku v atmos...
Řešení a aktivity
Po celém světě se proto intenzivně hledají možnosti, jak oběžnou dráhu Země od obíhající záplavy zbytků lidské činnosti alespoň částečně očistit a snížit hrozící riziko. Např. ve Švýcarsku vyvíjejí vědci malé družice specializované na odklízení rozměrnějších kusů trosek jiných družic. V Lausanne se konstruuje první prototyp nazvaný CleanSpace One, který by se měl umět přiblížit k cílovému objektu, stabilizovat ho a navést do atmosféry, kde by pak obě tělesa shořela.
V únoru tohoto roku schválilo americké letectvo financování projektu Space Fence, jehož úkolem je výstavba celosvětové radarové sítě pro vyhledávání a monitorování kosmického smetí, který má do roku 2017 nahradit současný zastaralý systém sloužící už od šedesátých let.
Skrze své členství v Evropské kosmické agentuře, evropském konsorciu ERIC a dalších strukturách jsme se přihlásili do projektu aktivního úklidu oběžné dráhy pomocí výkonových laserů (LEO-LC - Low Earth Orbit Laser Clean-Up). Astronomický ústav AV ČR se stal za českou stranu partnerem v projektu LEO-LC a v březnu uvedl do provozu unikátní systém, který pomocí intenzivního laserového paprsku dokáže “sestřelovat” menší kousky kosmického smetí z oběžné dráhy.
Úlomky kosmického smetí se mohou pohybovat po drahách nejrůznějšího tvaru, ale většina z nich obíhá nad zemským rovníkem ve směru od západu na východ. Nejpříhodnější okamžik pro brždění úlomků je právě tehdy, když se vynořují z pod obzoru a směr jejich rychlosti je v té chvíli co nejvíce podobný směru laserového paprsku. "Celkové náklady na jednu operační noc se pohybují v řádu několika tisíc euro a roční rozpočet programu je pak (včetně údržby, nemalých nákladů na elektrickou energii, atd.) okolo šedesáti milionů korun," říká expert na kosmické smetí a bývalý ředitel Astronomického ústavu doc.
Sestřelování kosmického smetí se provádí v noci z toho důvodu, že po západu Slunce ustávají atmosferické turbulence způsobené prohříváním zemského povrchu, vzduch se zklidní a paprsek laseru lze mnohem lépe zaměřit na vybraný objekt. Provoz tohoto zařízení je náročný po finanční i personální stránce. Každou operační noc mají službu dva studenti, kteří nejprve musí podle databáze orbitálních parametrů připravit seznam těles “na odstřel” a v průběhu noci pak dohlíží na provoz laseru, přičemž musí být v neustálém kontaktu s řídícím centrem v Evropském centru kosmického výzkumu (ESAC) západně od Madridu ve Španělsku. Zařízení laseru může volit mezi dvěma rezonančními komorami. Jedna komora obsahuje krystal nitridu gália (GaN), který vytváří stimulovanou emisi na vlnové délce 445 nanometrů. Světlo tohoto laseru má nezvyklou modrou až nafialovělou barvu a jeho výhodou je, že krátkovlnné fotony mají velkou energii a procházejí atmosférou s minimálním rozptylem.
Na oscilační komoru je pak navázáno pět výkonových zesilovačů s plynovými komorami, které na konci řetězce poskytnou laserový svazek o průměru 20cm a energií pulsu přes jeden kilojoule. Za oblačných nocí, kdy by paprsek laseru na obloze nejvíce vynikl, se využívá infračerveného paprsku, který je bohužel pro lidské oko neviditelný.
Kosmický odpad na oběžné dráze se s jeho přibývajícím množstvím stává závažným problémem, kterému dnes musí současná kosmonautika čelit. V souvislosti s tím jsou rozvíjeny možnosti ochrany funkčních družic, a to jak pasivní (např. radarové sledování úlomků sloužící k prevenci srážek), tak i aktivní (podobné v článku popisovanému laseru).
Monitorování pomocí družic
Díky rychle se rozvíjejícímu programu pozorování Země se významným způsobem rozšířily možnosti studování různých ekosystémů v souvislosti se změnou klimatu. Identifikace zdrojů a kvantifikace emisí metanu lze dosáhnout pomocí metod dálkového průzkumu Země.
Citlivost detekce metanu pomocí satelitů se v posledních letech významně zlepšila, což umožňuje vědcům identifikovat a měřit vysoké emise metanu z antropogenních zdrojů. Nicméně stále existují omezení při detekci nižších emisí metanu, jako jsou emise 1 kg/hod/m2 nebo méně, včetně emisí ze typických skládek tuhého komunálního odpadů ve střední Evropě.
I když se emise 1 kg/hod/m2 mohou zdát zanedbatelné, jejich detekce a kvantifikace jsou klíčové pro komplexní hodnocení emisí metanu, dosažení klimatických cílů a porozumění širšímu dopadu difúzních, nízko-intenzivních zdrojů.
Města vykazují specifický teplotní chod, tzv. efekt tepelného ostrova. Jedná se o komplexní jev, který souvisí se strukturou města, použitými materiály, ale i produkcí odpadního tepla. Metody dálkového průzkumu mohou sloužit k dokumentaci vývoje efektu, a to i desetiletí dozadu díky dlouhým řadám satelitních snímků.
Spíše hrubozrnný (zatím) pohled ze satelitu je možné doplnit o detailní mapování pomocí letecké laboratoře zobrazujících systémů, protože unikátní synergie optického, termálního a laserového skeneru umožňuje vytvářet komplexní přehled o albedu, emisivitě, teplotě povrchů a 3D struktuře města s detailem na úrovni jednotlivých domů a ulic.
Bylo provedeno celoplošné snímání města Brna, které umožnuje sledovat změny od posledního snímání z roku 2019 a posoudit jejich dopad. Dále vznikla letecká termální data (středně) vysokého rozlišení (1 až 2 m) v režimu odpoledne (16 h), noc (22 h) a ráno (5 h) umožňují popsat tepelnou dynamiku městského prostředí v rámci jednoho dne.
Je tak možné identifikovat vliv jednotlivých kategorií městské zástavby a pokryvu. Účast posloužila k zviditelnění programu AV21 Vesmír pro lidstvo a možností využití dálkového průzkumu pro veřejnou správu. Mimo jiné byl navázán dialog se společností Technické sítě Brna ohledně realizace chytrého návrhu intenzity veřejného osvětlení, které bude lépe reflektovat lokální situaci individuálních zdrojů s přihlédnutím k odrazivosti povrchů, včetně jejich budoucího vývoje.
Tyto snímky obvykle nejsou nijak dál upravované, jsou to tzv. jednocvaky. Výsledku lze výjimečně dosáhnout pečlivou kombinací expozic a korekcí, skládat různé snímky přes sebe je velice obtížné, protože ISS letí příliš rychle. Bohužel právě tato barva způsobuje i nejvíce negativních účinků v přírodě i na zdraví lidí kvůli přemíře zmíněného světelného znečištění.
tags: #kosmické #znečištění #wikipedie
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]