起源：DeepTech深科技起源：MIT Technology Review玄月的一个礼拜天凌晨，12 位身心俱疲、时差困扰的研讨职员凑集活着界上最偏僻的机场——回生节岛。回生节岛位于智利海岸约 2330 英里之外，他们此行的目的是追踪一颗卫星在进入年夜气层、焚烧崩溃的最后时辰。这颗卫星名为 Salsa，属于欧洲航天局“Cluster”星座的四颗卫星之一。自 2000 年终以来，Salsa 跟其余卫星始终在研讨地球磁场，但它的义务已宣布停止。多少个月前，这颗航天器被设定进入了一条“逝世亡螺旋”，终极将在间隔回生节岛海岸约千英里的地面中，在地球年夜气层内焚烧崩溃。现在，迷信家们筹备亲目击证这一进程。借助欧洲航天局空中把持核心供给的准确轨道盘算，研讨职员乘坐租来的商务喷气机腾飞，机窗旁装有 25 台摄像机跟光谱仪。他们盼望经由过程这些装备网络可贵的数据，提醒卫星在义务停止时坠向地球、焚烧崩溃时的物理与化学进程。这种研讨变得更加紧急。大概 15 年前，绕地球轨道运转的卫星数目还不到 1,000 颗，而现在这一数字已飙升至约 10,000 颗。跟着像 Starlink 如许的年夜型卫星星座的突起，估计到本十岁终，卫星数目将再次增加十倍。为了在卫星性命周期停止时让它们焚烧崩溃，有助于将太空渣滓的数目把持在最小范畴内。但是，这一进程也将卫星的灰烬开释到地球年夜气层的中层，这些金属灰烬可能会对年夜气层形成迫害，乃至可能转变气象。迷信家们现在尚不明白，这一成绩在将来多少十年内会带来多年夜影响。卫星重返年夜气层时，它们的灰烬中含有一些可能损坏臭氧层的物资。模子研讨表现，这些身分中的一局部可能会招致地球平流层降温，而另一局部则可能使平流层升温。一些人担忧，这些金属颗粒乃至可无能扰地球的磁场，遮挡地球观察卫星的视线，并增添雷暴的产生频率。“咱们须要懂得这背地产生的物理进程。”欧洲航天局（ESA）高等剖析师 Stijn Lemmens 表现，他担任这项研讨，“假如重返年夜气层的物体增多，随之而来的影响也会加剧。”寰球的年夜气迷信家们正急切等待这些丈量成果，冀望弥补他们懂得中的严重空缺。Salsa 卫星的重返年夜气层，现实上是太空摸索汗青上第五次停止此类察看举动。但是，从前的研讨重要存眷的是更年夜的物体，比方重达 19 吨的阿丽亚娜 5 号火箭下级火箭级。比拟之下，Cluster 星座中的 Salsa 卫星仅重 550 公斤，属于绝对玲珑的卫星。正由于如斯，迷信家们分外器重它，由于像它如许尺寸的航天器在将来多少年将会越来越多地呈现在地球轨道上。巨型卫星星座的隐患估计卫星数目的增加年夜局部未来自像 Salsa 卫星如许的小型卫星。这些卫星是宏大卫星星座的构成局部，旨在为寰球任何处所的用户供给更疾速、低耽误的互联网效劳。此中，SpaceX 的星链是范围最年夜的名目。现在，星链卫星群约有 6,500 颗卫星，估计到 2030 年，卫星数目将激增至超越 4 万颗。除了星链，其余巨型卫星星座也在准备中，包含亚马逊的 Kuiper 打算、法国 E-Space 公司以及中国的 G60 跟国网星座，每个星座的卫星数目可能会到达多少千颗，乃至上万颗。这些巨型星座的开辟者并不盼望它们的卫星像传统的当局赞助卫星那样在轨道上飞翔多少十年。相反，他们打算每五年就用更新、更进步的技巧调换失落这些“互联网路由器”，并让旧卫星在年夜气层中焚烧崩溃。为了发射这些卫星所需的火箭自身也会排放传染物，而火箭的下级火箭级在实现义务后也会在年夜气层中焚烧崩溃。哈佛-史密松天体物理学核心的地理学家 Jonathan McDowell 表现，比年来地球年夜气层中蒸发的太空渣滓数目曾经是从前的两倍多。他曾经开端从事太空渣滓追踪任务，成为该范畴的当先专家。他说：“从前，咱们每年大概能看到 50 到 100 颗火箭重返年夜气层，而当初，这个数字曾经增添到每年约 300 颗。”2019 年，大概 115 颗卫星在年夜气层中焚烧崩溃。依据 McDowell 的说法，到 2024 年 11 月尾，卫星重返年夜气层的数目已创下新记录，到达了 950 颗。跟着卫星星座范围的扩展，太空渣滓蒸发的品质也将一直增添。依据在英国南安普顿年夜学举办的《维护地球与外太空免受航天器跟太空渣滓处置影响》研究会上的预算，到 2033 年，每年蒸发的太空渣滓品质可能会到达 4000 吨。最要害的是，这些重返年夜气层时发生的灰烬年夜局部将悬浮在粘稠的年夜气中，连续多少十年，乃至可能数百年。但是，获取对于卫星焚烧崩溃的准确数据多少乎是弗成能的。由于这一进程产生在景象气球无奈达到的高度，而又低于轨道卫星上探测仪器的丈量范畴。迷信家们可能取得的最濒临的数据，就是经由过程遥感技巧捕获卫星重返年夜气层的最后时辰。太空中的化学变更玄月，从回生节岛腾飞的商务喷气机——现在已酿成迷信试验室——上的研讨职员，并不亲眼看到 Cluster Salsa 卫星在平静洋深奥的黑水上空爆炸成火球的霎时。与晶莹的白天比拟，那长久的爆炸多少乎幽微得像中午的满月。但是，飞机窗户被深色布料遮挡（以防反射光芒影响丈量），只容许相机镜头显露，斯洛伐克 Astros Solutions 公司专一于太空态势感知，并开辟新的太空渣滓监测技巧，担任和谐此次观察举动。“当变乱产生时，咱们大概间隔 300 公里远，充足远，以防止被剩余碎片击中。”Astros Solutions 公司首席履行官 Jiří Šilha 说，“这所有产生得十分敏捷。物体以每秒 11 公里的超高速率重返年夜气层，并在地球上方 60 到 80 公里的地面崩溃。”仪器网络了可见光跟近红外光谱范畴内的崩溃数据，包含经由过程特别滤光片察看铝、钛跟钠等化学元素的存在。这些数据将辅助迷信家重修卫星崩溃的进程，断定焚烧产生的高度、温度，以及开释的化学化合物的性子跟数目。Cluster Salsa 卫星的灰烬残留物当初开端在中层年夜气跟平流层中迟缓漂移——这两个年夜气层的高度分辨为 31 至 53 里跟 12 至 31 英里。跟着这些颗粒的降落，它们将在数十年的进程中与年夜气中的气体产生彼此感化，带来深远影响。伦敦年夜学学院的年夜气化学建模研讨员 Connor Barker 表现，10 月初，他在 Scientific Data 期刊上宣布了对于卫星氛围传染清单的研讨。卫星本体跟火箭级年夜少数由铝制成，而铝在焚烧进程中会转化为铝氧化物或铝土矿——这是一种白色粉末，已知会加剧臭氧层的损坏。铝土矿还存在反射阳光的特征，这象征着它可能转变高层年夜气的温度。Barker 表现：“在咱们的模仿中，咱们开端看到年夜气下层的温度随时光降低，这会对年夜气身分发生连锁反映。”比方，一些模子标明，暖和的气象可能会向平流层增添更多水分，从而加剧臭氧层的耗费，并可能激发更强的暖和效应，招致更重大的臭氧层损坏。卫星重返年夜气层的极高速率还会发生“打击波”，紧缩年夜气中的氮气并与氧气反映，天生氮氧化物。McDowell 表现，氮氧化物也会损坏年夜气中的臭氧。现在，卫星焚烧崩溃跟火箭发射所招致的臭氧损坏中，有 50% 是由氮氧化物惹起的。火箭发生的烟尘也会转变年夜气的热均衡。从某种意思上说，地面年夜气传染并不新颖。每年，大概 18,000 吨的陨石在中层年夜气中蒸发。即便在 10 年后，如果全部打算中的巨型卫星星座都实现建立，陨石坠落地球时蒸发的数目仍然会高于太空渣滓的焚烧量，且约为太空渣滓的五倍。但是，这对 McDowell 跟 Barker 如许的研讨职员来说并不抚慰。Barker 指出，陨石中含有的铝身分少少，并且它们在年夜气中的崩溃速率较快，因而发生的氮氧化物更少。他表现：“从卫星重返年夜气层跟火箭发射发生的氮氧化物量，曾经濒临咱们对陨石天然排放氮氧化物的年度最低估量。这无疑是一个令人担心的成绩，由于咱们很可能很快会对年夜气形成比天然景象更多的影响。”卫星重返年夜气层所发生的铝土矿年排放量，已濒临焚烧陨石所发生的数目。在最坏的情形下，到了 2040 年，人类运动所奉献的这一传染物将是天然起源的十倍。这对地球的影响是什么？全部这些对地球性命的影响究竟象征着什么？现在，没人能断定。对于卫星跟火箭运动所带来的氛围传染身分的研讨正在稳步推动，数据也在逐渐积聚。Barker 表现，盘算机模仿表现，以后太空行业对团体臭氧层损坏的奉献微不足道，仅为 0.1%。但这个比例在将来 10 年、20 年或 50 年内会增加几多，现在尚无人能猜测。这个方程式中有太多不断定要素，包含粒子的巨细——这将影响它们沉降所需的时光——以及颗粒与气态副产品的比例。“作为一个社会，咱们必需做出抉择，能否优先增加太空交通，仍是增加其余范例的排放。”Barker 说，“这些增添的重返年夜气层频率，很年夜水平上是由于寰球社会在清算近地轨道的太空渣滓方面获得了明显停顿。但咱们确切须要更好地舆解这些排放对情况的影响，只有如许，咱们才干决议怎样最好地处置太空中的这些物体。”2023 年 7 月，空中天线捕获到了欧洲航天局（ESA）卫星 Aeolus 重返地球年夜气层的最后时辰的雷达数据。21 世纪气象变更的灾害始于 19 世纪中期人类开端焚烧化石燃料。同样，氯氟烃（CFCs）花了 40 年才在地球的维护臭氧层上开了一个洞。而“永久存在的化学物资”——用于制作不粘涂层跟消防泡沫的全氟跟多氟烷基物资——的传染始于 1950 年月。像 McDowell 如许的研讨职员担忧，这一汗青可能会在太空范畴重演。“人类在太空中的运动已充足宏大，甚至于它们正在以相似咱们对大陆形成的影响的方法，转变太空情况。”McDowell 说，“成绩在于，咱们在停止这些转变时，并未完整懂得这些转变何时会变得令人担心。”以往的观察重要存眷卫星重返年夜气层时的物懂得体进程。经由过程 Cluster 星座，迷信家们盼望揭开这一庞杂进程中的化学面纱。对像 Barker 如许的研讨职员而言，这象征着终于能够取得数据，验证并改良他们的模子。当 Salsa 的“兄弟们”在 2025 年跟 2026 年重返年夜气层时，Cluster 星座将供给三次补充这一情况困难空缺的机遇。“Cluster 的上风在于，咱们有四颗完整雷同的卫星，且对每一个细节都一目了然。”Šilha 说，“这几乎是迷信家的幻想，由于咱们能够反复试验，并从每一次的观察中一直积聚教训。”原文链接：https://www.technologyreview.com/2024/12/09/1108076/satellite-reentry-atmospheric-pollution/