4.lokakuuta 1957 Neuvostoliitto laukaisi Sputnik 1: n, joka nousi maan ilmakehän yläpuolelle ja tuli planeettamme kiertoradalle kiertäen sen yhden joka 90. minuutti. Suurimmassa osassa maailmaa tuolloin vallinneissa äärimmäisen vähäisissä valosaasteolosuhteissa se oli lajinsa ainoa kohde: keinotekoinen, ihmisen tekemä satelliitti. Epävirallisesti se merkitsi avaruuskilvan alkua, sotilaallista ja poliittista pyrkimystä, joka kuluttaisi kansainvälistä politiikkaa vuosikymmeniksi eteenpäin.

, mutta Sputnik itse ei ole enää maan kiertoradalla. Itse asiassa se oli niin lyhytikäinen, että kun Yhdysvallat onnistui laukaisemaan Explorer 1: n, ensimmäinen amerikkalainen satelliitti avaruudessa, Sputnik 2, joka kuljetti ensimmäistä eläintä avaruudessa, oli kiertänyt maata jo kuukausia. Alkuperäinen Sputnik oli kuitenkin jo pudonnut yli 1400 kiertoradan jälkeen takaisin Maahan.

se, mitä Sputnikille tapahtui, ei ollut epätavallista. Itse asiassa näin käy useimmille satelliiteille, jos ne laukaistaan matalalle Maan kiertoradalle ja jätetään sinne huolehtimaan itsestään. Jokaisella kiertoradalla, joka menee ohi, satelliitti heilahtaa apogee, jossa se saavuttaa suurimman etäisyytensä maan pinnasta, jonka jälkeen perigee, jossa se tekee lähimpänä Maata. Matalalla maan kiertoradalla tämä tarkoittaa tyypillisesti sitä, että satelliitit ovat muutaman sadan kilometrin korkeudella maan pinnasta, jopa lähimmillään. Kun otetaan huomioon, että vedämme rajan Maan ilmakehän ja ulkoavaruuden välille vain 100 kilometrin korkeudessa, näyttäisi ainakin pintapuolisesti siltä, että nämä satelliitit olisivat lujasti ja ikuisesti avaruudessa.

mutta todellisuudessa tilanne on paljon monimutkaisempi. Tunnelmalla ei ole äkillistä loppua tai särmää. Kaasu ei toimi niin, jos se koostuu oikeista hiukkasista. Korkeampiin korkeuksiin mentäessä hiukkasten tiheys laskee edelleen, mutta törmäyksissä kuumentuvat eri hiukkaset liikkuvat eri nopeuksilla: osa nopeammin, osa hitaammin, mutta hyvin määritellyllä keskinopeudella.

Mitä korkeammalle mennään, sitä todennäköisemmin löytyy energisempiä hiukkasia, sillä noiden äärikorkeuksien saavuttaminen vaatii enemmän energiaa. Mutta vaikka tiheys on erittäin alhainen hyvin korkealla, se ei koskaan laske nollaan.

olemme löytäneet atomeja ja molekyylejä, jotka pysyvät gravitaatiomaisesti sitoutuneina maahan jopa 10 000 km: n (6 200 mailin) korkeudessa. Ainoa syy, miksi emme ole ylittäneet sitä pistettä on se, että 10 000 kilometrin jälkeen maan ilmakehää ei erota aurinkotuulesta.molemmat koostuvat hatarista, kuumista atomeista ja ionisoituneista hiukkasista.

ylivoimainen enemmistö ilmakehästämme (massoittain) on alimmissa kerroksissa: troposfäärissä on 75% maan atmopsherestä, stratosfäärissä toiset 20% ja mesosfäärissä lähes kaikki loput 5%. Mutta seuraava kerros, termosfääri, on uskomattoman hajanainen.

vaikka ilmakehän hiukkanen merenpinnan tasolla kulkee mikroskooppisen pitkän matkan ennen törmäystään toiseen molekyyliin, termosfääri on niin hajanainen, että tyypillinen atomi tai molekyyli tuolla ylhäällä saattaa kulkea kilometrin tai enemmänkin ennen törmäystä.

ylhäällä termosfäärissä se kyllä tuntuu tyhjältä avaruudelta, jos ei ole muuta kuin pikkuruinen atomi tai molekyyli. Sinähän nousit maan ilmakehästä, viivyit tässä matalassa kuilussa samalla kun olit parabolisen ratasi huipulla, ja lopulta palasit hitaasti kotiplaneetallesi sen painovoiman vaikutuksesta.

mutta jos on avaruusalus, kokee jotain hyvin erilaista. Syyt ovat seuraavat:

1. et vain nouse maasta, vaan kierrät sitä, eli liikut eri suuntaan kuin hatarat ilmakehän hiukkaset.
2. koska olet vakaalla kiertoradalla, sinun täytyy liikkua nopeasti: noin 7 km / s (5 mailia sekunnissa) pysyäksesi avaruudessa.
3. ja et ole enää vain atomin tai molekyylin kokoinen, vaan pikemminkin avaruusaluksen kokoinen.

kaikki nämä kolme asiaa yhdessä johtavat katastrofiin mille tahansa maata kiertävälle satelliitille.

tällainen katastrofi on väistämätön johtuen satelliitin ilmanvastuksesta, mikä on tapa määrittää, kuinka paljon nopeus satelliitti menettää ajan myötä johtuen ilmakehän hiukkasista, joihin se törmää suurilla suhteellisilla nopeuksilla. Minkä tahansa satelliitin elinkaari matalalla maan kiertoradalla vaihtelee muutamasta kuukaudesta muutamaan vuosikymmeneen, mutta ei sen pitempään. Voit taistella tätä vastaan menemällä korkeammalle, mutta sekään ei pelasta sinua ikuisesti.

joka kerta, kun auringossa on aktiviteettia, kuten auringonpilkkuja, auringonpurkauksia, koronan massapurkauksia tai muita purkauksen kaltaisia tapahtumia, maan ilmakehä lämpenee. Kuumemmat hiukkaset tarkoittavat suurempia nopeuksia, ja suuremmat nopeudet kelluvat yhä korkeammalle, mikä lisää ilmakehän tiheyttä myös avaruudessa. Kun näin tapahtuu, jopa satelliitit, jotka olivat käytännössä vetovapaita, alkavat pudota takaisin kohti Maata. Magneettiset myrskyt voivat myös lisätä ilman tiheyttä erittäin korkealla.

ja tämä prosessi on kumulatiivinen siinä mielessä, että satelliitin kokiessa vetoa sen perigee putoaa alempiin ja alempiin korkeuksiin. Näissä matalammissa korkeuksissa vastusvoima kasvaa entisestään, – mikä saa teidät menettämään liike-energianne, – joka pitää teidät kiertoradalla vielä nopeammin. Mahdollinen kuolemanspiraali voi viedä tuhansia, kymmeniä tuhansia tai jopa satoja tuhansia kiertoratoja, mutta vain 90 minuutin kohdalla per rata merkitsee sitä, että yksikään matalalla Maata kiertävä satelliitti ei elä korkeintaan vuosikymmeniä.

tämä putoamisongelma ei ollut vain 1950-luvun varhaisten satelliittien ongelma, vaan se on edelleen ongelma lähes kaikille laukaisemillemme satelliiteille. 95 prosenttia kaikista ihmisen tekemistä satelliiteista on matalalla maan kiertoradalla, mukaan lukien kansainvälinen avaruusasema ja Hubble-avaruusteleskooppi. Jos emme tehostaisi avaruusaluksia, monet niistä olisivat jo pudonneet maahan.

sekä Hubblella että ISS: llä olisi alle 10 vuotta jäljellä nykyisillä radoillaan, jos vain antaisimme niiden kuolla. Kun suuret satelliitit tekevät näin, ne tekevät niin sanotun hallitsemattoman paluun. Ihannetapauksessa ne palavat ilmakehässä tai putoavat mereen, mutta jos ne hajoavat ja/tai osuvat maahan, ne voivat aiheuttaa katastrofin. Tämä voi vaihdella omaisuusvahingoista ihmishenkien menetyksiin riippuen romun törmäyksen sijainnista ja koosta.

Hubblen ei kuitenkaan välttämättä tarvitse kokea tätä kohtaloa elämänsä lopussa. Kuten Michael Massimino, yksi niistä astronauteista, jotka palvelivat Hubblea avaruussukkulalla viimeisen kerran vuonna 2009, kertoi:

sen kiertorata hajoaa. Teleskooppi on kunnossa, mutta sen kiertorata tuo sen yhä lähemmäksi maata. Silloin peli on pelattu.

Hubblen viimeiseen huoltotehtävään kuului telakointimekanismi, joka asennettiin teleskoopille: Soft Capture and Rendezvous System. Mikä tahansa oikein varusteltu raketti voisi viedä sen turvallisesti kotiin.

, mutta yli 25 000 muulle matalalla maan kiertoradalla olevalle satelliitille ei ole tulossa hallittua paluulentoa. Maan ilmakehä vie ne alas ulottuen kauas avaruuden keinotekoisen reunan eli Kármán-viivan taakse, jonka tyypillisesti piirrämme. Jos lakkaisimme laukaisemasta satelliitteja tänään,-alle sadan vuoden kuluttua-ihmiskunnan läsnäolosta matalalla maan kiertoradalla ei olisi enää jälkeäkään.

Sputnik 1 laukaistiin vuonna 1957, ja vain kolme kuukautta myöhemmin se irtautui spontaanisti radaltaan ja putosi takaisin Maahan. Ilmakehästämme tulevat hiukkaset nousevat paljon yli tekemiemme keinotekoisten viivojen-vaikuttaen kaikkiin maata kiertäviin satelliitteihimme. Mitä kauempana perigee on, sitä kauemmin siellä voi olla, – mutta sitä vaikeampaa on lähettää ja vastaanottaa signaaleja täältä pinnalta. Kunnes meillä on polttoaineeton teknologia, joka passiivisesti tehostaa satelliittejamme pitääkseen ne vakaammalla kiertoradalla, maan ilmakehä on edelleen tuhoisin voima ihmiskunnan läsnäololle avaruudessa.