انتشار گازهای گلخانه‌ای و تاثیر آن بر زباله‌های فضایی
طبق مقالات جدید، ادامه انتشار گازهای گلخانه‌ای در جو زمین احتمال دارد ماندگاری زباله‌های فضایی در مدار پایین زمین را افزایش دهد که اگر روند انتشار این گاز تا سال ۲۱۰۰ ادامه یابد، تعداد ماهواره‌هایی که می‌توانند ایمن در مدار پایین زمین فعالیت کنند به‌طور چشمگیری کاهش خواهد یافت.
این محدودیت‌ها به طرز قابل‌توجهی توانایی بشر را برای ارسال ماهواره‌ها به این مدار کاهش می‌دهد؛ زیرا خطر آغاز واکنش زنجیره‌ای کسلر (Kessler cascade) ناشی از برخوردهای فزاینده زباله‌های فضایی وجود خواهد داشت.
تیمی به سرپرستی ویلیام پارکر (William Parker) از موسسه فناوری ماساچوست (Massachusetts Institute of Technology) می‌نویسد: «تغییرات اقلیمی و انباشت زباله‌های مداری دو مسئله فوری و جدایی‌ناپذیر با ابعاد جهانی هستند که نیاز به اقدامات هماهنگ دارند.»
این تیم می‌افزاید: «درک و احترام به تاثیری که محیط طبیعی بر توانایی جمعی بشر برای فعالیت در مدار پایین زمین دارد، برای جلوگیری از بهره‌برداری بیش از حد از این حوزه و حفاظت از آن برای نسل‌های آینده ضروری است.»
فضا بسیار وسیع است، اما آن بخش اطراف زمین که برای عملیات ماهواره‌ای استفاده می‌شود، محدود می‌باشد. تنها تعداد مشخصی از اجرام آسمانی را می‌توان در ارتفاعی بین حدود ۲۰۰ تا هزار کیلومتر قرار داد.
اگر این ظرفیت پر شود، فضای مدار پایین زمین به‌قدری شلوغ خواهد شد که برخورد اجرام فضایی اجتناب‌ناپذیر می‌شود. این برخوردها منجر به شکستن و خرد شدن اجرام می‌شوند و منطقه را با قطعات بیشتری از زباله‌های فضایی پر می‌کنند. این قطعات در مسیرهایی غیرقابل کنترل و پیش‌بینی‌ناپذیر حرکت کرده و به‌تدریج مدار پایین زمین را ناپایدار می‌کنند که به‌عنوان سندرم کسلر شناخته می‌شود.
ظرفیت فضای مدار پایین زمین به عواملی بستگی دارد که بر جو زمین تاثیر می‌گذارند؛ به‌عنوان مثال، در دوره بیشینه فعالیت خورشیدی، زمانی که خورشید با شراره‌ها و فوران‌های شدید فعالیت می‌کند، ماندن ماهواره ها در مدار دشوارتر است؛ زیرا افزایش انرژی خورشیدی باعث انبساط جو زمین و افزایش مقاومت هوا در مدار نزدیک زمین می شود.
پیامدهای انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های انسانی بر مدار پایین زمین
انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های انسانی باعث کوچک شدن ترموسفر (Thermosphere)، لایه‌ای از جو که در ارتفاعی بین ۸۵ تا ۶۰۰ کیلومتر قرار دارد، می‌شوند. پارکر و همکارانش با مدل‌سازی جو تلاش کرده‌اند تا تعداد ماهواره‌هایی که امکان دارد تا سال ۲۱۰۰ در مدار پایین زمین تحت سناریوهای مختلف انتشار گازهای گلخانه‌ای مستقر شوند را تعیین کنند.
آن‌ها دریافتند کاهش چگالی ترموسفر ناشی از افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای منجر به کاهش مقاومت هوا می‌شود که ماهواره‌ها آن را احساس می‌کنند. نیروی مقاومتی که به‌طور مداوم بر روی ماهواره‌ها تاثیر می‌گذارد، باعث می‌شود ارتفاع آن‌ها به‌تدریج کاهش یابد. برای یک ماهواره عملیاتی، این به معنی نیاز دائمی به اصلاح ارتفاع است؛ بنابراین، کاهش مقاومت هوا یک مزیت محسوب می‌شود. از سوی دیگر، مقاومت اعمال‌شده بر زباله‌های فضایی باعث می‌شود آن‌ها به‌آرامی به سمت زمین سقوط کنند.
زمانی که ماهواره از نظر فنی دیگر مفید نباشد، مهندسان ممکن است برنامه‌ریزی کنند که نیروی مقاومت به‌طور طبیعی باعث سقوط آن به زمین شود. این امر هنگام ورود مجدد به جو، بی‌خطر می‌سوزد و بدین ترتیب ایمن از مدار خارج می‌شود. وقتی مقاومت کاهش یابد، این فرایند زمان‌بر می‌شود و ماهواره مدتی طولانی‌تر در مدار پایین زمین باقی می‌ماند و خطراتی برای سایر اجرام ایجاد می‌کند.
تغییرات اقلیمی سطح بالایی جو را کوچک می‌کند و مشکل زباله‌های فضایی را تشدید می‌کند؛ زیرا اثر گلخانه‌ای باعث می‌شود ماهواره‌ها و زباله‌های فضایی برای دوره‌های طولانی‌تر و طولانی‌تری به دور زمین بچرخند. این امر خطر برخورد را افزایش می دهد و ایمنی ماهواره ها به خطر می افتد.
بر اساس این مدل، انتشار متوسط تا زیاد دی‌اکسیدکربن به میزان قابل توجهی تعداد ماهواره‌هایی را که از مدار خارج می‌شوند کاهش می‌دهد. در نتیجه، مدار پایین زمین مملو از زباله‌های فضایی باقی‌مانده خواهد شد و تعداد ماهواره‌های جدیدی را که می‌توان به آن فرستاد، محدود می‌کند.
در بدترین سناریو در مورد انتشار گازهای گلخانه‌ای، محدوده ارتفاعی بین ۴۰۰ تا هزار کیلومتر تا سال ۲۱۰۰ در دوران بیشینه فعالیت خورشیدی کاهش ظرفیت به میزان ۶۰ درصد و در دوران کمینه فعالیت خورشیدی کاهش ظرفیت به میزان ۸۲ درصد را تجربه خواهد کرد.
با توجه به اقدامات کنونی برای پر کردن آسمان با گروه‌های ماهواره‌ای، پژوهشگران بر این باورند که بهتر است قبل از وقوع این مشکل، تدابیری اندیشیده شود. نویسندگان این مطالعه می‌نویسند: «با توجه به گسترش سریع تعداد ماهواره‌ها در مدار پایین زمین، درک تغییرپذیری محیطی و تاثیر آن بر عملیات پایدار برای جلوگیری از بهره‌برداری بیش از حد از این منطقه ضروری است.»