低地球軌道の衛星数が急増する中、長い間無視されてきた問題が浮上しています。それは、軌道を外れ、大気中で燃え尽きる衛星が一体何を残しているのかということです。ドイツのシュトゥットガルト大学の研究チームは、プラズマ風洞を利用して衛星の大気再突入時の極端な環境を模擬し、宇宙ゴミの燃焼に関する化学的真実を明らかにしようとしています。彼らの研究結果は新たな懸念を引き起こしました。衛星が燃焼した後に高層大気中に残る灰が、大気の熱バランスを変え、さらにはオゾン消費を悪化させる可能性があるのです。
衛星が大気に再突入する際、大部分の破壊過程は高度60から80キロメートルの高空で発生します。この高度は気球や飛行機の到達範囲を超えていますが、衛星のサンプリング能力には及ばず、長い間科学研究の盲点となっていました。シュトゥットガルト大学の宇宙システム研究所の研究チームは、プラズマ風洞を通じて衛星破片が高温の気流中で解体・燃焼する最終段階の条件を模擬し、コンピューターモデリング、遠隔観測、実験研究を組み合わせてこの知識の空白を埋めようとしています。
衛星燃焼後の残留物が大気に与える影響が注目される
同研究所の博士課程の学生であるファビアン・フーフガルトは、「衛星が消滅するとき、それは本当に消えるわけではなく、アルミニウムなどの微小な粒子の形で大気中に存在し続けます。そして、私たちはこれらの粒子が大気中で一体何を引き起こすのかを知りません」と指摘しています。
毎日約44トンの宇宙岩石が地球の大気に入り込み、燃え尽きていますが、衛星と宇宙岩石の化学成分は全く異なります。宇宙岩石は主にシリコンと少量のニッケル、鉄などの金属で構成されていますが、宇宙ゴミの主成分はアルミニウムとチタンです。研究者たちは、衛星が燃焼した後に生成されるアルミニウムが酸化アルミニウムを形成する可能性があることを懸念しています。この物質はオゾン消費を引き起こすことが知られており、太陽光を反射し、地球の高層大気の熱バランスを変える可能性があります。
これらの化学物質が非常に高い高度で放出されるため、大気がそれらを除去する能力は、地表近くの汚染物質を除去するよりもはるかに困難です。シュトゥットガルトチームの博士課程の学生であるドミニク・キンステラーは、「私たちは通常、その領域に物質を注入することはありません。航空旅行は大量の排出を生み出しますが、それははるかに低い高度で発生し、そこでの空気の循環ははるかに良好であり、高層大気はより孤立しています」と述べています。
欧州宇宙機関のデータによれば、現在、毎日平均して3つ以上の大型衛星や廃棄ロケット段が地球の大気中で燃焼しています。毎年数百トンの人工物体が大気に再突入し、蒸発して微小な灰雲や地面に落下する破片を残しています。2026年6月までに、欧州宇宙機関は約18,000個の運用中および廃棄された衛星が地球を周回していると統計しています。また、SpaceXやブルーオリジンなどの企業は、今後10年間で数十万個の衛星を打ち上げる計画を立てています。中国も自身の巨大コンステレーション計画を進めています。
現在、衛星の灰や再突入する人工物体の総量は比較的少ないですが、研究者たちは、衛星の再突入数が増加するにつれて、この傾向が顕著な影響を及ぼす臨界点に近づいていると警告しています。
シュトゥットガルトチームの別の博士課程の学生であるクレメンス・ミューラーは、化学的影響に加えて、衛星破片が完全に燃焼せずに地面に落下することによる財産損失や人命損失のリスクも無視できないと指摘しています。現在、宇宙の破片に当たる確率は非常に低いですが、衛星の再突入数が増えるにつれて、全体的なリスクも上昇します。「ヨーロッパでは、衛星を打ち上げる際には、その破片が再突入中に生存する確率が万分の一を超えないことを証明しなければなりません」とミューラーは述べています。「しかし明らかに、もし1万個の衛星があれば、その中の1つが生存する確率は非常に高くなるため、ルールは時代に合わせて進化する必要があります。」
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