خطة جذرية لتسليط الضوء على “أشعة الشمس عند الطلب” في الليل تثير المخاوف: ScienceAlert

كوكبة الأقمار الصناعية المقترحة تثير قلق علماء الفلك للغاية. على عكس الأقمار الصناعية التي تعكس ضوء الشمس و إنتاج التلوث الضوئي كمنتج ثانوي مؤسف، تلك التي تنتجها الشركات الناشئة الأمريكية تعكس المداري سوف تنتج التلوث الضوئي حسب التصميم.

تعد الشركة بإنتاج “ضوء الشمس عند الطلب” باستخدام مرايا تنعكس أشعة الشمس على الأرض حتى تتمكن مزارع الطاقة الشمسية من ذلك تعمل بعد غروب الشمس.

وتخطط للبدء بقمر اختبار يبلغ طوله 18 مترًا يُسمى Earendil-1 والذي تقدمت الشركة بطلب إليه الإطلاق في عام 2026. وسيتبعه في النهاية حوالي 4000 قمر صناعي في المدار بحلول عام 2030. وفقا لآخر التقارير.

متعلق ب: لا يزال من الممكن لأشعة الشمس أن تلحق الضرر بالجلد من خلال نافذة مغلقة. وإليك كيف.

إذن ما مدى سوء التلوث الضوئي؟ وربما الأهم من ذلك، هل يمكن للأقمار الصناعية الخاصة بـ Reflect Orbital أن تعمل كما هو معلن عنها؟

كذاب ضوء الشمس

بنفس الطريقة التي يمكنك بها عكس ضوء الشمس على وجه الساعة لإنتاج بقعة من الضوء، ستستخدم أقمار Reflect Orbital الصناعية المرايا لتسليط الضوء على قطعة من الأرض.

لكن النطاق المعني مختلف إلى حد كبير. ستدور الأقمار الصناعية التابعة لشركة Reflect Orbital على ارتفاع 625 كيلومترًا تقريبًا فوق سطح الأرض، وستحتوي في النهاية على مرايا عرض 54 مترا.

عندما تنعكس الضوء من ساعتك على جدار قريب، يمكن أن تكون بقعة الضوء ساطعة جدًا. ولكن إذا قمت برميها على جدار بعيد، تصبح البقعة أكبر وأكثر قتامة.

وذلك لأن الشمس ليست نقطة ضوء، بل تمتد بزاوية نصف درجة في السماء. وهذا يعني أنه على مسافات كبيرة، ينتشر شعاع ضوء الشمس المنعكس عن مرآة مسطحة بزاوية نصف درجة.

ماذا يعني ذلك في الممارسة العملية؟ لنأخذ قمرًا صناعيًا يعكس ضوء الشمس على مسافة 800 كيلومتر تقريبًا – لأن القمر الصناعي الذي يبلغ ارتفاعه 625 كيلومترًا لن يكون دائمًا في السماء مباشرة، ولكنه يبث ضوء الشمس بزاوية. سيكون عرض قطعة الأرض المضيئة 7 كيلومترات على الأقل.

حتى المرآة المنحنية أو العدسة لا يمكنها تركيز ضوء الشمس في مكان أضيق بسبب المسافة وزاوية الشمس التي تبلغ نصف درجة في السماء.

هل سيكون ضوء الشمس المنعكس ساطعًا أم خافتًا؟ حسنًا، بالنسبة لقمر صناعي واحد يبلغ طوله 54 مترًا، سيكون أقل سطوعًا بمقدار 15000 مرة من شمس منتصف النهار، لكنه لا يزال أكثر سطوعًا بكثير من القمر الكامل.

اختبار البالون

في العام الماضي، مؤسس شركة Reflect Orbital بن نواك نشرت فيديو قصير والذي لخص اختبارًا بـ “آخر شيء يجب بناؤه قبل الانتقال إلى الفضاء”. لقد كان عاكسًا محمولاً على منطاد الهواء الساخن.

في الاختبار، تقوم مرآة مسطحة مربعة يبلغ عرضها حوالي 2.5 متر بتوجيه شعاع من الضوء إلى الألواح الشمسية وأجهزة الاستشعار. في إحدى الحالات، قام الفريق بقياس 516 واط من الضوء لكل متر مربع بينما كان البالون على مسافة 242 مترًا.

وللمقارنة، تنتج شمس منتصف النهار ما يقرب من 1000 واط لكل متر مربع. إذن 516 واط لكل متر مربع هو حوالي نصف ذلك، وهو ما يكفي ليكون مفيدًا.

ومع ذلك، دعونا نوسع نطاق اختبار البالون إلى الفضاء. وكما أشرنا سابقًا، إذا كانت الأقمار الصناعية على بعد 800 كيلومتر من المنطقة محل الاهتمام، فيجب أن يكون حجم العاكس 6.5 كيلومترًا في 6.5 كيلومترًا – أي 42 كيلومترًا مربعًا. ليس من العملي بناء مثل هذا العاكس العملاق، لذا فإن اختبار البالون له بعض القيود.

إذن ما الذي يجب أن يفعله التخطيط المداري العاكس؟

خطة Reflect Orbital هي “أقمار صناعية بسيطة في الكوكبة الصحيحة تتألق على مزارع الطاقة الشمسية الموجودة”. وهدفهم هو فقط 200 واط لكل متر مربع – 20% من شمس الظهيرة.

هل تستطيع الأقمار الصناعية الأصغر توصيلها؟ إذا كان قمر صناعي واحد بطول 54 مترًا أضعف من شمس الظهيرة بـ 15000 مرة، فستحتاج إلى 3000 قمر صناعي للحصول على 20% من شمس الظهيرة. هذا عدد كبير من الأقمار الصناعية لإلقاء الضوء على منطقة واحدة.

مشكلة أخرى: الأقمار الصناعية على ارتفاع 625 كيلومترًا تتحرك بسرعة 7.5 كيلومترًا في الثانية. لذلك سيكون القمر الصناعي على مسافة 1000 كيلومتر من موقع معين لمدة لا تزيد عن 3.5 دقيقة.

وهذا يعني أن 3000 قمر صناعي ستمنحك بضع دقائق من الإضاءة. لتوفير ولو ساعة واحدة، ستحتاج إلى آلاف أخرى.

تعكس المداري لا يفتقر إلى الطموح. في إحدى المقابلات، اقترح نواك ذلك 250.000 قمر صناعي في مدارات عالية يبلغ ارتفاعها 600 كيلومتر. هذا أكثر من جميع الأقمار الصناعية المفهرسة حاليا وقطع كبيرة من النفايات الفضائية مجتمعة.

ومع ذلك، فإن هذه الكوكبة الضخمة ستوفر 20% فقط من شمس منتصف النهار إلى ما لا يزيد عن 80 موقعًا في وقت واحد، بناءً على حساباتنا أعلاه. ومن الناحية العملية، سيتم إضاءة عدد أقل من المواقع بسبب الطقس الغائم.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لارتفاعها، لا تستطيع الأقمار الصناعية توفير الإضاءة لمعظم المواقع بالقرب من الغسق والفجر إلا عندما تكون المرايا الموجودة في المدار الأرضي المنخفض مغمورة بأشعة الشمس.

وإدراكًا لذلك، يعكس الخطط المدارية لكوكبتهم لتطويق الأرض فوق خط النهار والليل في مدارات متزامنة مع الشمس لإبقائها تحت أشعة الشمس بشكل مستمر.

أضواء ساطعة

إذن، هل تعتبر الأقمار الصناعية ذات المرايا وسيلة عملية لإنتاج الطاقة الشمسية بأسعار معقولة في الليل؟ ربما لا. هل يمكن أن ينتجوا التلوث الضوئي المدمر؟ قطعاً.

في وقت مبكر من المساء، لا يستغرق الأمر وقتًا طويلاً لرصد الأقمار الصناعية والخردة الفضائية، وهي ليست مصممة عمدًا لتكون مشرقة. مع خطة Reflect Orbital، حتى لو كان القمر الصناعي الاختباري يعمل كما هو مخطط له، فإنه سيظهر أحيانًا أكثر سطوعًا من البدر.

إن كوكبة من هذه المرايا ستكون مدمرة لعلم الفلك وخطيرة على علماء الفلك. بالنسبة لأي شخص ينظر من خلال التلسكوب، يمكن أن يكون سطح كل مرآة ساطعًا مثل سطح الشمس تقريبًا، وهو أمر ينطوي على مخاطرة ضرر دائم في العين.

سيعيق التلوث الضوئي قدرة الجميع على رؤية الكون ومن المعروف أن التلوث الضوئي يؤثر على الكون الإيقاعات اليومية للحيوانات أيضًا.

متعلق ب: يقول تقرير وكالة الفضاء الأوروبية أن هناك الكثير من النفايات في صندوق مدار الأرض

على الرغم من أن برنامج Reflect Orbital يهدف إلى إلقاء الضوء على مواقع محددة، إلا أن حزم الأقمار الصناعية ستكتسح أيضًا الأرض عند الانتقال من موقع إلى آخر. يمكن أن تضاء السماء ليلا بومضات من الضوء أكثر سطوعا من القمر.

ولم ترد الشركة على The Conversation بشأن هذه المخاوف خلال الموعد النهائي. لكن، أخبرت بلومبرج هذا الأسبوع وتخطط لإعادة توجيه ضوء الشمس بطرق “موجزة ويمكن التنبؤ بها وموجهة”، مع تجنب المراصد ومشاركة مواقع الأقمار الصناعية حتى يتمكن العلماء من التخطيط لعملهم.

وستكون العواقب وخيمة

يبقى أن نرى ما إذا كان مشروع Reflect Orbital سينطلق أم لا. قد تطلق الشركة قمرًا صناعيًا تجريبيًا، لكن الطريق طويل للوصول إلى الحصول على 250 ألف مرآة ضخمة تدور حول الأرض باستمرار لإبقاء بعض مزارع الطاقة الشمسية تعمل لبضع ساعات إضافية يوميًا.

ومع ذلك، فهو مشروع يستحق المشاهدة. إن عواقب النجاح بالنسبة لعلماء الفلك – وأي شخص آخر يحب سماء الليل مظلمة – ستكون وخيمة.

مايكل جي براونأستاذ مشارك في علم الفلك, جامعة موناش و ماثيو كينورثيأستاذ مشارك في علم الفلك, جامعة ليدن

أعيد نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. اقرأ المادة الأصلية.