den 4 oktober 1957 lanserade Sovjetunionen Sputnik 1, som steg upp över jordens atmosfär och gick in i omlopp runt vår planet och kringgick den en var 90: e minut. Under de extremt låga ljusföroreningsförhållandena som fanns över större delen av världen då var det det enda objektet av sin typ: en konstgjord, mänsklig Tillverkad satellit. Inofficiellt markerade det början på rymdloppet, en militär och politisk strävan som skulle konsumera internationell politik i årtionden framöver.

men Sputnik själv är inte i omlopp runt jorden längre. Faktum är att det var så kortlivat att Förenta Staterna framgångsrikt lanserade Explorer 1, Den första amerikanska satelliten i rymden, Sputnik 2, som bär det första djuret i rymden, redan hade kretsat runt jorden i månader. Men den ursprungliga Sputnik, efter över 1400 banor, hade redan fallit tillbaka till jorden.

vad som hände med Sputnik var inte ovanligt. Det är faktiskt vad som händer med de flesta satelliter om du startar dem i jordbana och lämnar dem där för att klara sig själva. Med varje bana som går, kommer satelliten att svänga av apogee, där den når sitt maximala avstånd från jordens yta, följt av perigee, där den gör sitt närmaste tillvägagångssätt till jorden. För låg jordbana betyder det vanligtvis att satelliter är några hundra kilometer över jordens yta,även när de är närmast. Med tanke på att vi drar gränsen mellan jordens atmosfär och yttre rymden på en höjd av endast 100 kilometer (62 miles), verkar det, åtminstone ytligt, att dessa satelliter skulle vara fast och evigt i rymden.

men i verkligheten är situationen mycket mer komplicerad. Atmosfären har inte ett plötsligt slut eller en kant till den. Det är inte så en gas fungerar om den består av riktiga partiklar. När du går till högre höjder fortsätter partiklarnas densitet att sjunka, men de olika partiklarna som värms upp av kollisioner kommer att röra sig med olika hastigheter: vissa snabbare, andra långsammare, men med en väldefinierad medelhastighet.

ju högre upp du går, desto mer sannolikt är det att du hittar partiklar som är mer energiska, eftersom det tar mer energi att nå de extrema höjderna. Men även om densiteten är extremt låg vid mycket höga höjder sjunker den aldrig till noll.

Vi har hittat atomer och molekyler som förblir gravitationellt bundna till jorden i höjder upp till 10 000 km (6 200 miles). Den enda anledningen till att vi inte har gått utöver den punkten är att över 10 000 kilometer är jordens atmosfär oskiljbar från solvinden, med båda bestående av tunna, heta atomer och joniserade partiklar.

den överväldigande majoriteten av vår atmosfär (i Massa) finns i de lägsta skikten, med troposfären som innehåller 75% av jordens atmopshere, stratosfären som innehåller ytterligare 20% och mesosfären som innehåller nästan alla återstående 5%. Men nästa lager, termosfären, är otroligt diffus.

medan en atmosfärisk partikel vid havsnivå kommer att resa ett mikroskopiskt avstånd innan den kolliderar med en annan molekyl, är termosfären så diffus att en typisk atom eller molekyl där uppe kan resa en kilometer eller mer innan den upplever en kollision.

uppe i termosfären verkar det säkert som tomt utrymme om du bara är en liten atom eller molekyl. När allt kommer omkring steg du upp från jordens atmosfär, du dröjer dig kvar i denna lågdensitetsavgrund medan du är på toppen av din paraboliska bana, och du sakta, så småningom, faller tillbaka till din hemplanet under tyngdkraften.

men om du är en rymdfarkost upplever du något väldigt annorlunda. Skälen är följande:

1. du stiger inte bara upp från jorden utan kretsar runt den, vilket betyder att du rör dig i en annan riktning än de tunna atmosfäriska partiklarna.
2. eftersom du befinner dig i en stabil omlopp måste du flytta snabbt: cirka 7 km/s (5 miles per sekund) för att stanna kvar i rymden.
3. och du är inte längre bara storleken på en atom eller molekyl, utan snarare storleken på ett rymdskepp.

alla dessa tre saker, tillsammans, leder till katastrof för någon kretsande satellit.

en sådan katastrof är oundviklig på grund av satellitdrag, vilket är ett sätt att kvantifiera hur mycket hastighet en satellit förlorar över tiden på grund av de atmosfäriska partiklarna som den går in i vid höga relativa hastigheter. Varje satellit i låg jordbana kommer att ha en livslängd som sträcker sig från några månader upp till några decennier, men inte längre än så. Du kan bekämpa detta genom att gå till högre höjder, men även det kommer inte att rädda dig för alltid.

varje gång det finns aktivitet på solen, som solfläckar, solfläckar, koronala massutstötningar eller andra utbrott-liknande händelser, värms jordens atmosfär upp. Varmare partiklar betyder högre hastigheter, och högre hastigheter kommer att flyta upp till högre och högre höjder, vilket ökar atmosfärens densitet även i rymden. När det inträffar börjar även satelliter som var praktiskt taget dragfria falla tillbaka mot jorden. Magnetiska stormar kan också öka luftdensiteten vid extremt höga höjder.

och denna process är kumulativ, i den meningen att när en satellit upplever drag, sjunker dess perigee till lägre och lägre höjder. Nu, vid dessa lägre höjder, ökar dragkraften ännu längre, och det får dig att förlora din kinetiska energi som håller dig i omlopp ännu snabbare. Den eventuella dödsspiralen kan ta tusentals, tiotusentals eller till och med hundratusentals banor, men på bara 90 minuter per omlopp betyder det att någon satellit med låg jordbana lever årtionden högst.

detta fall-back-to-Earth-problem var inte bara ett problem för de tidiga satelliterna på 1950-talet, men är fortfarande ett problem för nästan alla satelliter vi någonsin har lanserat. 95% av alla mänskliga satelliter är i låg jordbana, inklusive den internationella rymdstationen och Hubble Space Telescope. Om vi inte periodiskt ökade dessa rymdfarkoster skulle många av dem ha kraschat tillbaka ner på jorden redan.både Hubble och ISS skulle ha mindre än 10 år kvar i sina nuvarande banor om vi bara låter dem dö. Och när stora satelliter gör detta gör de det vi kallar en okontrollerad återinträde. Helst kommer de att brinna upp i atmosfären eller falla i havet, men om de bryter upp och/eller träffar land kan de orsaka en katastrof. Detta kan sträcka sig från egendomsskador till förlust av liv, beroende på platsen och storleken på skräpens inverkan.

Hubble kanske inte behöver lida detta öde i slutet av sitt liv. Som Michael Massimino, en av astronauterna som betjänade Hubble ombord på rymdfärjan för sista gången 2009, relaterade:

dess bana kommer att förfalla. Teleskopet kommer att bli bra, men dess omlopp kommer att föra det närmare och närmare jorden. Det är då det är game over.

Hubbles slutliga serviceuppdrag inkluderade en dockningsmekanism som installerades på teleskopet: Soft Capture och Rendezvous-systemet. Varje ordentligt utrustad raket kan säkert ta den hem.

men för de 25 000+ andra satelliterna i jordbana med låg jord finns det ingen kontrollerad återinträde som kommer. Jordens atmosfär kommer att ta ner dem, som sträcker sig långt bortom den konstgjorda kanten av rymden, eller K Ubirm Ubign-linjen, som vi vanligtvis ritar. Om vi skulle upphöra med att lansera satelliter idag, då på under ett sekel, skulle det inte finnas några återstående spår av mänsklighetens närvaro i jordbana.

Sputnik 1 lanserades 1957, och bara tre månader senare försvann den spontant och föll tillbaka till jorden. Partiklarna från vår atmosfär stiger långt över alla konstgjorda linjer vi har ritat, vilket påverkar alla våra jordbana satelliter. Ju längre perigee är, desto längre kan du stanna där uppe, men desto svårare blir det att skicka och ta emot signaler härifrån på ytan. Tills vi har en bränslefri teknik för att passivt öka våra satelliter för att hålla dem i en stabilare omlopp, kommer jordens atmosfär att fortsätta att vara den mest destruktiva kraften för mänsklighetens närvaro i rymden.