Nuklearne eksplozije koje su Sjedinjene Države izvele u svemiru tijekom 1960-ih stvorile su spektakularne aurore, ali i izazvale nestanke električne energije na Zemlji. Kada bi se sličan eksperiment danas ponovio u orbiti, posljedice bi bile daleko ozbiljnije: svijet bi mogao na dulje vrijeme ostati bez navigacije, komunikacijskih sustava i vremenskih prognoza.

Svemir je danas ispunjen satelitima koji teško da bi preživjeli elektromagnetski impuls i snažne tokove čestica nastale nuklearnom eksplozijom. Upravo zato američke vlasti ozbiljno zabrinjavaju tvrdnje da ruska vojska razmatra takav udar na satelitske konstelacije koje ukrajinskim snagama pružaju važnu prednost. Dodatnu zabrinutost izazivaju sumnje da Rusija u orbitu šalje uređaje kojima ispituje komponente buduće "nuklearne mine".

Koliko je takva prijetnja stvarna? Je li vojno nuklearno oružje doista već poslano u orbitu? Na ta je pitanja pokušao odgovoriti američki fizičar Areg Danagulyan.

Nuklearnu eksploziju gotovo je nemoguće izvesti neprimijećeno, čak i kada bi se bomba detonirala u najudaljenijem i najizoliranijem dijelu planeta. Globalna mreža nadzornih postaja Organizacije ugovora za sveobuhvatnu zabranu nuklearnih pokusa (engl. Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization - CTBTO), sa sjedištem u Beču, koja obuhvaća radionuklidne, infrazvučne i seizmičke sustave, gotovo bi istog trenutka registrirala takav događaj. Kada nema nuklearnih pokusa, iste postaje uspješno prate i atmosferske eksplozije nebeskih tijela, poput meteoroida koji je eksplodirao iznad Čeljabinska.

Međutim, otkrivanje nuklearne bojeve glave spremne za uporabu, ili njezinih pojedinih komponenti, mnogo je složenije. Uran i plutonij namijenjeni izradi oružja su radioaktivni, što znači da emitiraju neutrone i gama-zračenje, ali razina te aktivnosti razmjerno je niska. Već na udaljenosti od deset do dvadeset metara, ovisno o tome je li riječ o plutonijskoj ili uranijskoj bombi, zračenje koje emitira nuklearna naprava gotovo se ne razlikuje od prirodnog pozadinskog zračenja. Obični kućni dozimetar pritom nije od velike koristi. Takvi uređaji uglavnom registriraju ukupnu razinu zračenja, ali ne mogu pouzdano prepoznati karakteristične gama-zrake ili neutronske tokove. Osim toga, signal se lako može zamijeniti s drugim izvorima zračenja, primjerice granitom. Zbog toga je za praćenje nuklearnog oružja potrebno razviti složene i specijalizirane detektore. Oni mogu precizno rekonstruirati spektar gama-zračenja, odrediti energiju čestica i izmjeriti neutronski tok. Na temelju tih podataka moguće je zaključiti potječe li zračenje doista od uranija ili plutonija ili od nekog drugog radioaktivnog izvora. No ni takva tehnologija ne jamči uspjeh.

Godine 2002. novinari ABC Newsa uspjeli su kroz carinu u New Yorku prokrijumčariti makete dijelova nuklearne bombe izrađene od nisko obogaćenog uranija, čije je zračenje bilo slično onome visoko obogaćenog uranija. Komponente su bile skrivene u transportnim kontejnerima, a ručni detektori zračenja nisu ih uspjeli otkriti.

OPASNA IGRA Hoće li Rusija baciti nuklearnu bombu na Ukrajinu?

Pouzdaniju metodu predstavljaju takozvani aktivni detektori, koji prema sumnjivom predmetu usmjeravaju neutrone ili gama-zračenje. Kada neutroni pogode i cijepaju jezgre uranija ili plutonija, nastaju novi neutroni, čime se otkriva prisutnost visoko obogaćenog nuklearnog materijala. Drugim riječima, ako predmet nakon ozračivanja neutronima proizvede snažan povratni neutronski tok, postoji velika vjerojatnost da je riječ o nuklearnoj napravi. Ako je bombu teško pronaći na Zemlji, u svemiru je taj zadatak još mnogo zahtjevniji.

Kako otkriti nuklearno oružje stotinama kilometara iznad Zemlje?

Članak IV. Ugovora o svemiru zabranjuje postavljanje nuklearnog oružja u orbitu i na druga nebeska tijela. Međutim, kontrolirati poštuje li se ta zabrana znatno je teže nego nadzirati provođenje Ugovora o sveobuhvatnoj zabrani nuklearnih pokusa. Nuklearnu bombu teško je otkriti čak i kada se nalazi samo nekoliko desetaka metara od detektora. Utvrditi krije li se oružje na satelitu udaljenom stotinama ili tisućama kilometara neusporedivo je složeniji zadatak.

Problem nije samo udaljenost. Slabo zračenje koje emitira nuklearna bojeva glava lako se izgubi u pozadinskom zračenju koje ispunjava svemir. Brojni stručnjaci pokušavaju pronaći rješenje. Među njima je i Areg Danagulyan, fizičar s Tehnološkog instituta Massachusetts i stručnjak za metode otkrivanja nuklearnog oružja.

U razgovoru za podcast časopisa Nature upozorio je da Sjedinjene Države, u trenutku kada nepovjerenje među nuklearnim silama raste, a optužbe za militarizaciju svemira postaju sve učestalije, trebaju pouzdanu metodu za otkrivanje oružja na svemirskim letjelicama. Teoretski bi se, objašnjava, prema sumnjivom satelitu mogao poslati mali inspekcijski uređaj. Kada bi mu se dovoljno približio, prema njemu bi usmjerio snop čestica ili zračenja i potaknuo reakciju koja bi mogla otkriti nalazi li se u satelitu nuklearni materijal. No takav potez imao bi ozbiljan nedostatak.

JOHNSTONOV OTOK Radioaktivna pustoš: Ovo je otok za koji američka vojska ne želi da znate

- To je prilično neprijateljska akcija. Druga bi strana mogla pomisliti da pokušavate uništiti njezin satelit - upozorio je Danagulyan.

Zbog toga rješenje vidi u korištenju prirodnih procesa koji se odvijaju neovisno o ljudskom djelovanju. Umjesto da inspekcijski satelit aktivno "gađa" sumnjivi objekt, mogao bi pratiti sekundarne čestice koje u nuklearnom materijalu stvaraju prirodne čestice iz svemira. Na taj način država koja je lansirala sumnjivu letjelicu ne bi mogla tvrditi da je njezin satelit napadnut.

Prirodni protoni kao svemirski inspektori

Danagulyan predlaže korištenje prirodnih protona čija je energija veća od 750 megaelektronvolti. Ti protoni nastaju u složenom procesu. Visokoenergetske čestice izvan Sunčeva sustava, poznate kao galaktičke kozmičke zrake, sudaraju se s atomima u gornjim slojevima atmosfere. Ti sudari stvaraju široke pljuskove različitih čestica, među kojima su mezoni, muoni i neutroni.

Većina njih kreće se prema Zemljinoj površini, no dio se usmjerava prema gore i ulazi u radijacijske pojaseve. Ondje se neutroni raspadaju na protone i elektrone. Ako takav proton, s energijom od približno jednog gigaelektronvolta, pogodi jezgru teškog elementa poput uranija ili plutonija, dolazi do reakcije spalacije. U tom se procesu iz jezgre izbacuje više protona i neutrona. Protoni, zbog električnog naboja, brzo usporavaju prolazeći kroz materiju. Neutroni, međutim, nastavljaju putovati. Fizičari upravo taj proces koriste u uređajima za stvaranje snažnih neutronskih snopova.

- Jedan proton odgovarajuće energije može proizvesti između deset i četrnaest neutrona, ovisno o uvjetima - objašnjava Danagulyan.

To znači da bi se prisutnost nuklearne bojeve glave mogla utvrditi jednostavnim mjerenjem karakterističnog neutronskog toka koji dolazi iz sumnjivog satelita.

Kako bi radio prirodni nuklearni inspektor?

Prema Danagulyanovim izračunima, satelit-detektor mogao bi biti razmjerno malen. Bio bi izrađen u formatu CubeSat 9U, što znači da bi se sastojao od devet standardnih kockastih modula, svaki s bridovima dugima deset centimetara. Sam detektor sadržavao bi dvije ploče dimenzija 30 puta 30 centimetara, postavljene na međusobnoj udaljenosti od deset centimetara. Ploče bi bile izrađene od plastičnog scintilatora, materijala koji proizvodi bljesak svjetlosti kada ga pogode čestice dovoljno visoke energije. Gornja i donja strana scintilatora bile bi prekrivene pločama od monokristalnog dijamanta. Dijamant reagira gotovo isključivo na nabijene čestice. One ioniziraju atome ugljika, stvaraju slobodne elektrone i takozvane šupljine te pokreću električnu struju, čime se registrira dolazak nabijene čestice.

Takva bi konfiguracija automatski razlikovala nabijene i neutralne čestice. Ako bi se aktivirao samo scintilator, to bi značilo da je u detektor ušao neutron. Ako bi reagirali i scintilator i dijamantna ploča, radilo bi se o nabijenoj čestici, pa bi se taj podatak zanemario. Dvije scintilatorske ploče, razmaknute deset centimetara, omogućile bi određivanje smjera iz kojeg neutron dolazi. Tako bi bilo moguće razlikovati neutrone koji stižu iz sumnjivog satelita od ostalih čestica prisutnih u orbiti.

Prema izračunima, inspekcijski satelit morao bi provesti približno tjedan dana na udaljenosti od četiri kilometra od sumnjivog objekta kako bi pouzdano utvrdio sadrži li termonuklearni uređaj. Kada bi se približio na samo jedan kilometar, potrebno vrijeme promatranja skratilo bi se na otprilike jedan sat.

Idealno bi bilo da se inspektor nalazi točno između sumnjivog satelita i Zemlje. U tom bi položaju najlakše mogao od ukupnih podataka oduzeti neutronski tok koji dolazi iz Zemljine atmosfere.

Danagulyan je izračune o radijacijskom okruženju u orbiti i mogućnostima detekcije neutrona temeljio na podacima iz orbite ruske svemirske letjelice Kosmos-2553. Američke vlasti tvrdile su da Rusija na toj letjelici ispituje elemente mogućeg svemirskog nuklearnog oružja.

Što ako sumnjivi satelit pokuša pobjeći?

Nuklearni inspektor morao bi biti sposoban izvoditi iznimno precizne manevre, sustizati potencijalne mete te ostajati stabilan na maloj udaljenosti, barem prema orbitalnim mjerilima, tijekom duljeg razdoblja.

Danagulyan podsjeća na niz slučajeva u kojima su se sateliti jedne države približavali satelitima druge. Među njima su i incidenti u kojima je ruska svemirska letjelica Luč pratila europske satelite. Prema njegovu mišljenju, takvi manevri u prošlosti nisu izazvali ozbiljne političke krize.

Ipak, aktivnosti inspekcijskih satelita više su puta potaknule oštre izjave i međusobne optužbe. Sjedinjene Države optuživale su Rusiju za militarizaciju svemira, dok je Moskva slične optužbe upućivala Washingtonu. Osim toga, sumnjivi satelit ne bi nužno mirno čekao da inspektor prikupi dovoljno podataka. Mogao bi pokušati promijeniti putanju i izbjeći nadzor.