یک انفجار هسته‌ای در مدار زمین می‌تواند ظرف چند روز ۹۹ درصد ماهواره‌ها را از کار بیندازد

فضای بالای سر ما روزبه‌روز شلوغ‌تر می‌شود؛ در حال حاضر بیش از ۱۳ هزار ماهواره در مدار پایین زمین (LEO) به دور سیاره ما می‌چرخند. این ماهواره‌ها زیرساخت اصلی بسیاری از خدمات روزمره، از پیش‌بینی وضعیت آب‌وهوا و ارتباطات تلفنی و انتقال داده گرفته تا اینترنت ماهواره‌ای و خدمات دیگر را تشکیل می‌دهند.

بااین‌حال، پژوهش جدیدی هشدار می‌دهد که این ماهواره‌ها در برابر یک تهدید بسیار جدی آسیب‌پذیر هستند. طبق نتایج این پژوهش، انفجار یک سلاح هسته‌ای در ارتفاع مناسب می‌تواند تقریباً تمام ماهواره‌های مستقر در مدار پایین زمین را از کار بیندازد و ظرف کمتر از یک ماه، بخش اعظم آن‌ها را نابود کند.

شاید این اتفاق شبیه داستان‌های علمی‌تخیلی به نظر برسد، اما انفجارهای هسته‌ای در فضا پیش‌تر نیز اتفاق افتاده‌اند.

در دوران جنگ سرد، آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی مجموعاً ۱۸ آزمایش هسته‌ای در ارتفاع بالا انجام دادند که برخی از آن‌ها در لایه‌های فوقانی جو زمین و برخی دیگر در فضای بیرونی صورت گرفتند.

بزرگ‌ترین آزمایش در میان آن‌ها با نام Starfish Prime شناخته می‌شود. آمریکا در سال ۱۹۶۲ یک کلاهک هسته‌ای با قدرت ۱٫۴ مگاتن را در ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری بالای اقیانوس آرام منفجر کرد. پیامدهای این انفجار به‌حدی گسترده بود که چندین ماهواره را از کار انداخت. یک سال بعد نیز آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی در چارچوب پیمان منع جزئی آزمایش‌های هسته‌ای توافق کردند آزمایش‌های هسته‌ای در جو و فضا و زیر آب را متوقف کنند.

بااین‌حال، یافته‌های پژوهشگران دانشگاه ویسکانسین-مدیسن و دانشگاه پرینستون نشان می‌دهد که حتی یک کلاهک هسته‌ای ضعیف‌تر از نمونه استفاده‌شده در آزمایش Starfish Prime نیز می‌تواند در صورت انفجار در مدار پایین زمین، خسارت‌های غیرقابل‌تصوری به بار بیاورد.

پژوهشگران در مطالعه خود که هنوز داوری علمی همتا را پشت سر نگذاشته، انفجار یک سلاح هسته‌ای یک‌مگاتنی را در ارتفاع ۵۰۰ کیلومتری بالای اقیانوس اطلس جنوبی شبیه‌سازی کردند. این منطقه در نزدیکی ناحیه‌ای قرار دارد که میدان مغناطیسی زمین در آن به شکل غیرمعمولی ضعیف است.

این منطقه که با نام «ناهنجاری اقیانوس اطلس جنوبی» (South Atlantic Anomaly) شناخته می‌شود، می‌تواند پیامدهای انفجار اولیه را تشدید کند. در چنین شرایطی، ذرات رادیواکتیو در بخش‌هایی از فضا به دام می‌افتند و ماهواره‌ها هنگام گردش به دور زمین بارها از میان این نواحی عبور می‌کنند.

پدیده مشابهی پس از آزمایش Starfish Prime نیز رخ داد. پژوهشگران در مقاله خود توضیح می‌دهند

الکترون‌های حاصل از واپاشی محصولات شکافت رادیواکتیو در میدان مغناطیسی زمین به دام افتادند و یک کمربند تابشی مصنوعی ایجاد کردند که به ماهواره‌ها آسیب رساند.

آن‌ها همچنین تأکید کردند که برخلاف تابش اولیه انفجار که در مدت کوتاهی رخ می‌دهد، کمربند تابشی ایجادشده بارها و بارها فضاپیماها را هنگام عبور از آن در معرض تشعشعات قرار می‌دهد. چنین اتفاقی در شرایط امروزی، به دلیل تراکم بسیار بیشتر ماهواره‌ها در مدار زمین، پیامدهای گسترده‌تری خواهد داشت.

انفجار هسته‌ای چه تعداد ماهواره را از کار می‌اندازد؟

پژوهشگران در شبیه‌سازی خود، ۱۳ هزار و ۳۰۰ ماهواره فعال در مدار پایین زمین تا ژانویه ۲۰۲۶ را در نظر گرفتند. نتایج نشان داد انفجار یک سلاح هسته‌ای در محدوده ناهنجاری اقیانوس اطلس جنوبی می‌تواند در مدت بسیار کوتاهی بخش بزرگی از این ماهواره‌ها را از کار بیندازد.

بر اساس این شبیه‌سازی، پس از گذشت تنها یک روز، ۲۵ درصد از کل ماهواره‌ها از کار می‌افتند. این رقم در پایان روز سوم به ۷۸ درصد می‌رسد و پس از یک هفته، ۹۸ درصد ماهواره‌ها دیگر قادر به فعالیت نخواهند بود. شرایط حتی وخیم‌تر می‌شود؛ چراکه پس از گذشت ۱۵ روز، حدود ۹۹٫۴ درصد از کل ماهواره‌های فعال در مدار پایین زمین از کار می‌افتند.

نکته نگران‌کننده این است که حتی تقویت پوشش محافظتی ماهواره‌ها در برابر تشعشعات نیز نمی‌تواند جلوی این فاجعه را بگیرد. در سناریویی که پژوهشگران برای ماهواره‌های مجهز به محافظت رادیویی قوی‌تر در نظر گرفتند، همچنان ۹۹٫۳ درصد از ماهواره‌ها ظرف ۳۰ روز از کار می‌افتادند.

البته در یک سناریوی فرضی دیگر، پژوهشگران قدرت کلاهک هسته‌ای را به ۱۰۰ کیلوتن کاهش دادند. در این حالت، از کار انداختن ۹۹ درصد ماهواره‌ها به حدود یک سال زمان نیاز داشت.

خطر زباله‌های فضایی و برخوردهای زنجیره‌ای

تشعشعات تنها تهدید ناشی از انفجار هسته‌ای در فضا نیستن؛ به‌محض وقوع انفجار و از کار افتادن نخستین ماهواره‌ها، احتمال برخورد آن‌ها با سایر اجرام فضایی افزایش پیدا می‌کند. پژوهشگران تخمین می‌زنند که این اتفاق می‌تواند طی دو سال نخست حدود ۲۰ برخورد فضایی به دنبال داشته باشد؛ پیامدهای این برخوردها در بلندمدت نیز ادامه پیدا می‌کند.

بر اساس شبیه‌سازی انجام‌شده، پس از گذشت ۱۰ سال، برخوردهای فضایی حدود ۳۹۰۰ قطعه جدید زباله فضایی در مدار زمین ایجاد خواهند کرد.

پژوهشگران در مقاله خود هشدار می‌دهند که برخوردهای مداوم میان اجرام باقی‌مانده در مدار می‌تواند تولید زباله‌های فضایی را حتی پس از پایان دوره ۱۰ ساله شبیه‌سازی نیز ادامه دهد. این روند ممکن است در مقیاس چند قرن به افزایش کنترل‌نشده زباله‌های فضایی منجر شود.

در چنین شرایطی، حتی ارسال ماهواره‌های جدید برای جایگزینی نمونه‌های ازدست‌رفته نیز راه‌حل ساده‌ای نخواهد بود؛ زیرا ماهواره‌های تازه باید بتوانند در محیطی آلوده به تشعشعات و زباله‌های فضایی به فعالیت خود ادامه دهند.

محققان در این‌باره می‌نویسند

بازگرداندن خدمات مداری به بیش از جایگزینی فضاپیماهای ازدست‌رفته نیاز دارد؛ ماهواره‌های جدید باید بتوانند در برابر تشعشعات و زباله‌های باقی‌مانده مقاومت کنند. احتمال نابودی سریع زیرساخت‌ها و به‌دنبال آن، سال‌ها اختلال در خدمات، ضرورت جلوگیری از استقرار و استفاده از سلاح‌های هسته‌ای در فضا را بیش از پیش نشان می‌دهد.

جیمز مک‌کیون، پژوهشگر سیاست‌گذاری هسته‌ای، نیز در واکنش به نتایج این مطالعه در مطلبی آنلاین، پیامدهای احتمالی چنین انفجاری را بسیار وخیم توصیف کرد و بر ضرورت انجام تمام اقدامات ممکن برای جلوگیری از وقوع آن تأکید داشت.

این پژوهش نشان می‌دهد که تهدید سلاح‌های هسته‌ای در فضا فقط به تخریب مستقیم ماهواره‌ها محدود نمی‌شود؛ بلکه یک انفجار می‌تواند زیرساخت‌های ارتباطی و خدماتی وابسته به ماهواره‌ها را مختل کند و زنجیره‌ای از برخوردهای فضایی را به راه بیندازد که مهار پیامدهای آن دهه‌ها یا حتی قرن‌ها زمان ببرد.

مقاله علمی این پژوهش در وب‌سایت arXiv منتشر شده است؛ بااین‌حال، هنوز فرایند داوری علمی همتا را پشت سر نگذاشته و نتایج آن را باید یافته‌های اولیه یک شبیه‌سازی رایانه‌ای دانست، نه پیش‌بینی قطعی از اتفاقات آینده.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.