衛星太空垃圾可能會對平流層造成嚴重破壞

地球的太空垃圾可能會對平流層造成嚴重破壞。

巨型衛星星座的迅速增長正在將世界大部分地區連接到寬頻網路。但每年都有數百顆衛星死亡，墜落時在大氣層中燃燒。每年，越來越多的衛星會被發射來取代它們。

事實證明，垂死的衛星並不只是眨眼消失在以太中。每個人都會留下自己的一點點。

研究人員表示，衛星的劇烈垂死掙扎，加上火箭發射次數的急劇增加，正在向平流層增加大量破壞臭氧層和改變氣候的污染物。這對地球的大氣化學——包括屏蔽紫外線的臭氧層——意味著什麼，目前尚不清楚。但科學家們正在競相尋找答案。

科羅拉多州博爾德市國家海洋暨大氣總署化學科學實驗室的大氣科學家丹尼爾‧墨菲(Daniel Murphy) 表示：「發射次數成長得如此之快。在過去的幾年裡，每年大約發生500 次重返大氣層事件。也就是一小時一個左右。因此，我們希望盡快了解其影響。

商業星座

目前，大約有 10,000 顆活躍衛星在環繞地球的軌道上運行。三分之二屬於（序號：23/3/3）。另外 630 架則屬於倫敦 Eutelsat OneWeb。其他網路計畫也打算迅速迎頭趕上：8月，中國為其千帆星座發射了首批18顆衛星，最終計畫包含至少12,000顆衛星。另一個計畫中的中國計畫名為“洪湖三號”，旨在連接多達 10,000 顆衛星。

據估計，到 2030 年代，近地軌道上可能有多達 10 萬顆衛星，在接下來的幾十年裡，可能有 50 萬顆衛星在地球上運行。

這些網路衛星在設計上是一次性的：它們可能會在星座網路中服務幾年，然後「退役」——沉入較低的軌道，直到最終從天空中墜落而死。每顆解體的衛星都會向大氣中註入金屬，其中許多金屬要么通常在大氣中找不到，要么添加量比自然引入的要多得多。

洩漏痕跡

了解問題範圍的第一步是識別燒毀的太空船的痕跡，以及這些痕跡是否與來自太空的天然隕石碎片的背景相當，甚至是可檢測到的。

這項研究才剛開始。

2023 年，墨菲和同事提出了明確的證據：專門來自太空船的金屬不僅僅是天然來源，它們確實位於平流層的高空，即距離地球表面 6 至 20 公里的大氣層。事實證明，北極上空高層大氣中的平流層硫酸顆粒含有 20 多種不同的元素，與太空船的生產一致。墨菲說，這些元素包括鈮和鉿，兩者都是從礦石中提煉出來的，用於製造耐熱合金。其他自然存在的金屬，如鋰、鉛、鋁和銅，其含量遠遠超過了透過宇宙塵埃有機飄散的含量。

昔日太空船的證據正在累積。從 2020 年到 2022 年，科學家追蹤到污染物水平出現了平流層的上升，這與衛星發射的快速增加相對應。

衛星再入造成的鋁和氮氧化物排放量幾乎增加了一倍倫敦大學學院大氣化學家 Connor Barker 及其同事於 4 月在維也納舉行的歐洲地球物理聯盟會議上報告稱，二氧化碳排放量將從 2020 年的 33 億克增加到 2022 年的 56 億克。他們發現，到 2022 年，再入大氣層的氮氧化物輸入量相當於流星氣體自然輸入量的約三分之一。氧化鋁投入量超過自然投入量的七倍。

巴克和他的同事發現，火箭發射造成的污染物排放量也在增加。從 2020 年到 2022 年，推進劑消耗量幾乎翻了一番，從 380 億克增加到 670 億克。這些發射排放物可能包括黑碳、氮氧化物、一氧化碳、氧化鋁和各種氯氣等污染物。

化學影響

太空船碎片可能會透過平流層的化學反應產生各種連鎖反應。

它可以拼寫尤其是對臭氧層來說是個壞消息。例如，氧化鋁是返回過程中氧化的副產品洛杉磯南加州大學的航空工程師何塞費雷拉 (José Ferreira) 表示，鋁基太空船零件的製造。 “我們知道氧化鋁是臭氧消耗的催化劑。”

這種對臭氧層的新威脅尤其令人沮喪，1987 年禁止生產和排放已知破壞臭氧的化學品的協議（序號：2/10/21）。到2016年，南極上空每年都會形成臭氧層空洞，預計在大約 50 年內完全關閉（序號: 12/14/16）。

墨菲說，太空船污染物還有無數其他方式可能會影響大氣中複雜的化學物質。火箭引擎排放的煙灰吸收太陽能，可以使大氣變暖。眾所周知，太空船線路和合金焚燒過程中釋放的銅和其他金屬是大氣中化學反應的強大催化劑。除此之外，這些金屬可以促進充當雲種子的微小顆粒的產生。

關於哪些反應可能已經發生，目前還沒有太多直接資訊。確實存在的數據將用於電腦模擬，以追蹤這些污染物的生命週期及其在大氣中的相互作用。 Murpyh 的團隊計劃在 2025 年進行更多飛行，以繼續追蹤不斷增加的太空船碎片庫存。

同時，費雷拉正在考慮如何將環境影響評估納入太空任務的設計階段。費雷拉說：“如果我們預先確定某種成分或化學物質會對大氣有害，我們就可以找到替代品或投資研究更環保的選擇。”

墨菲說，目前，衛星分散物質的影響問題還是一個新問題，還沒有太多資金來解決這個問題。但是，他補充道，「我認為這需要快速發生。在這些衛星建造和發射之前了解這些事情真是太好了。