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El dióxido de carbono prolongan la vida de los desechos espaciales

El dióxido de carbono enfría la atmósfera superior y en ese proceso de enfriamiento y contracción se ha planteado como hipótesis durante más de tres décadas. Ahora, una nueva investigación revela la primera evidencia de que, a nivel mundial, ha comenzado la contracción de la atmósfera superior y tiene consecuencias sobre la basura espacial

Ilustración de la basura espacial alrededor de la Tierra. RTVE

Cerca de la superficie de la Tierra, las crecientes concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera están provocando un aumento de las temperaturas. Pero comenzando alrededor de 60 kilómetros hacia arriba, en las capas más externas de la atmósfera llamadas mesosfera y termosfera inferior (MLT, mesosphere and lower thermosphere), el dióxido de carbono enfría la atmósfera, lo que hace que se encoja y se contraiga. Ese proceso de enfriamiento y contracción se ha planteado como hipótesis durante más de tres décadas. Ahora, una nueva investigación revela la primera evidencia de que, a nivel mundial, ha comenzado la contracción de la atmósfera superior.

Promedio diario global (55°N a 55°S) de temperatura (K) en cinco niveles de presión diferentes desde enero de 2002 hasta diciembre de 2021. Se trazan más de 7200 días de datos para cada nivel de presión. Crédito: Journal of Geophysical Research: Atmospheres (2022)

Un nuevo estudio utiliza datos de presión y temperatura obtenidos por satélite para mostrar que la mesosfera y la parte más baja de la termosfera (MLT) se han contraído más de 1,3 kilómetros entre 2002 y 2019. Aproximadamente 340 metros de esa reducción se deben al dióxido de carbono, y esa contracción es probablemente permanente, según los investigadores.

El resto de la contracción se debe a una disminución de la actividad solar durante ese tiempo. El estudio fue publicado en el Journal of Geophysical Research: Atmospheres, que publica investigaciones que avanzan en la comprensión de la atmósfera terrestre y su interacción con otros componentes del sistema terrestre.

Reducción de la MLT y los efectos de la basura espacial

Una MLT que se enfríe y se reduzca conducirá a un aumento en la longevidad de los desechos espaciales en altitudes más altas, incluida la termosfera superior , lo que plantea riesgos para la Estación Espacial Internacional y otros objetos espaciales de órbita terrestre baja. Decenas de miles de fragmentos conocidos de desechos espaciales, desde meteoroides naturales hasta chatarra tecnológica creada por el hombre, se encuentran actualmente en órbita alrededor de la Tierra.

Con el tiempo, la mayoría de los desechos descienden y se salen de la órbita. Los modelos en un artículo publicado anteriormente en Geophysical Research Letters predijeron que el enfriamiento en la termosfera daría como resultado una disminución de aproximadamente el 33% en la resistencia y un 30% más de vida útil para los desechos espaciales para 2070.

"Una consecuencia es que los satélites permanecerán despiertos por más tiempo, lo cual es excelente, porque la gente quiere que sus satélites permanezcan despiertos. Pero los desechos también permanecerán despiertos por más tiempo y probablemente aumenten la probabilidad de que los satélites y otros objetos espaciales valiosos necesiten ajustar su ruta para evitar colisiones", dijo Martin Mlynczak, autor principal del estudio Journal of Geophysical Research: Atmospheres y científico geoespacial en el Centro de Investigación Langley de la NASA. Los desechos de mayor duración podrían aumentar los costos del seguro espacial y ser una consideración importante en las futuras decisiones sobre leyes y políticas espaciales, agregó.

La termosfera es la capa más alta de la atmósfera antes de lo que mucha gente probablemente piensa como "espacio" o la exosfera. Se define por la presión atmosférica , pero generalmente se extiende desde altitudes de aproximadamente 80 a 90 kilómetros hasta entre 500 y 1000 kilómetros.

A diferencia de la atmósfera cercana a la superficie de la Tierra, la termosfera está compuesta principalmente de oxígeno y nitrógeno. La mayor parte de la radiación UV entrante del Sol es absorbida por el oxígeno, calentando la termosfera y haciendo que se expanda. El calentamiento varía de un ciclo solar al siguiente y juega un papel importante en el ajuste de la temperatura de la termosfera y en su contracción o expansión.

El enfriamiento provoca la contracción en la alta atmósfera

A bajas altitudes en la atmósfera, el dióxido de carbono absorbe energía y la emite hacia abajo, calentando la atmósfera. Pero en la mesosfera y la termosfera inferior, donde la atmósfera es millones de veces más delgada, las moléculas de dióxido de carbono absorben la energía entrante y emiten radiación infrarroja hacia el espacio, lo que ayuda a enfriar la atmósfera superior. Entonces, concentraciones más altas de dióxido de carbono en la MLT envían más energía de vuelta al espacio. Este enfriamiento radiativo, junto con las fluctuaciones en la actividad solar, impulsa la contracción.

Las concentraciones de dióxido de carbono en la mesosfera y la termosfera han aumentado al mismo ritmo que las concentraciones en la superficie de la Tierra.

Los científicos predijeron en la década de 1980 que ocurriría un enfriamiento y una contracción, pero el nuevo estudio es el primero en demostrar observaciones globales de la contracción.

"Ha habido mucho interés en ver si realmente podemos observar este efecto de enfriamiento y reducción en la atmósfera", dijo Mlynczak. "Finalmente presentamos esas observaciones en este documento. Somos los primeros en mostrar la reducción de la atmósfera de esta manera, a nivel mundial".

A medida que la termosfera se enfría, se contrae y da como resultado una menor densidad. Debido a esto, un satélite a una altitud dada en la termosfera ahora experimenta un aire relativamente menos denso y, por lo tanto, menos arrastre que antes de que se agregara dióxido de carbono adicional.

El nuevo estudio JGR: Atmospheres utilizó datos de temperatura y presión del satélite TIMED de la NASA (en el año 21 de lo que originalmente era una misión de dos años) para buscar los patrones de enfriamiento y contracción previstos. Los investigadores encontraron que la altitud más alta de la mesosfera y la termosfera inferior se ha enfriado hasta 1,7 ºC (35 ºF) y se ha contraído más de un kilómetro entre 2002 y 2019.

El último ciclo solar ha sido débil, lo que permitió a los investigadores separar los efectos del dióxido de carbono y la radiación solar en las temperaturas atmosféricas. En las altitudes más altas de la MLT, el ciclo solar más débil durante los últimos 20 años es responsable de la mayor parte del enfriamiento observado, lo que se suma al enfriamiento por el aumento del dióxido de carbono.

"A cada altitud, hay un enfriamiento y una contracción que atribuimos en parte al aumento del dióxido de carbono", dijo Mlynczak. "Mientras el dióxido de carbono aumente aproximadamente a la misma velocidad, podemos esperar que estas tasas de cambio de temperatura también se mantengan constantes, alrededor de medio grado Kelvin [de enfriamiento] por década".

Referencias

Martin G. Mlynczak et al 2022. Cooling and Contraction of the Mesosphere and Lower Thermosphere From 2002 to 2021. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (2022). DOI: 10.1029/2022JD036767.

American Geophysical Union - Phys.org

Esta entrada se publicó en Noticias en 24 Nov 2022 por Francisco Martín León