卫星太空垃圾可能会对平流层造成严重破坏

地球的太空垃圾可能会对平流层造成严重破坏。

巨型卫星星座的迅速增长正在将世界大部分地区连接到宽带互联网。但每年都有数百颗卫星死亡，坠落时在大气层中燃烧。每年，越来越多的卫星被发射来取代它们。

事实证明，垂死的卫星并不只是眨眼消失在以太中。每个人都会留下自己的一点点。

研究人员表示，卫星的剧烈垂死挣扎，加上火箭发射次数的急剧增加，正在向平流层增加大量破坏臭氧层和改变气候的污染物。这对地球的大气化学——包括屏蔽紫外线的臭氧层——意味着什么，目前尚不清楚。但科学家们正在竞相寻找答案。

科罗拉多州博尔德市国家海洋和大气管理局化学科学实验室的大气科学家丹尼尔·墨菲 (Daniel Murphy) 表示：“发射次数增长得如此之快。在过去的几年里，每年大约发生 500 次重返大气层事件。” ，人们正在谈论在不久的将来会达到 10,000 个。也就是大约一小时一次。因此，我们希望尽快了解其影响。”

商业星座

目前，大约有 10,000 颗活跃卫星在环绕地球的轨道上运行。三分之二属于(序列号：23/3/3）。另外 630 架属于伦敦 Eutelsat OneWeb。其他互联网项目也打算迅速迎头赶上：8月，中国为其千帆星座发射了首批18颗卫星，最终计划包含至少12,000颗卫星。另一个计划中的中国项目名为“洪湖三号”，旨在连接多达 10,000 颗卫星。

据估计，到 2030 年代，近地轨道上可能有多达 10 万颗卫星，在接下来的几十年里，可能有 50 万颗卫星绕地球运行。

这些互联网卫星在设计上是一次性的：它们可能会在星座网络中服务几年，然后“退役”——沉入较低的轨道，直到最终从天空中坠落而死。每颗解体的卫星都会向大气中注入金属，其中许多金属要么通常在大气中找不到，要么添加量比自然引入的要多得多。

泄露痕迹

了解问题范围的第一步是识别烧毁的航天器的痕迹，以及这些痕迹是否与来自太空的天然陨石碎片的背景相当，甚至是可检测到的。

这项研究才刚刚开始。

2023 年，墨菲和同事提出了明确的证据：专门来自航天器的金属不仅仅是天然来源，它们确实位于平流层的高空，即距地球表面 6 至 20 公里的大气层。事实证明，北极上空高层大气中的平流层硫酸颗粒含有 20 多种不同的元素，与航天器的生产情况一致。墨菲说，这些元素包括铌和铪，两者都是从矿石中提炼出来的，用于制造耐热合金。其他自然存在的金属，如锂、铅、铝和铜，其含量远远超过了通过宇宙尘埃有机飘散的含量。

昔日航天器的证据正在积累。从 2020 年到 2022 年，科学家追踪到污染物水平急剧上升，这与卫星发射的迅速增加相对应。

卫星再入造成的铝和氮氧化物排放量几乎增加了一倍伦敦大学学院大气化学家 Connor Barker 及其同事于 4 月在维也纳举行的欧洲地球物理联盟会议上报告称，二氧化碳排放量将从 2020 年的 33 亿克增加到 2022 年的 56 亿克。他们发现，到 2022 年，再入大气层的氮氧化物输入量相当于流星气体自然输入量的约三分之一。氧化铝投入量超过自然投入量的七倍。

巴克和他的同事发现，火箭发射造成的污染物排放也在增加。从 2020 年到 2022 年，推进剂消耗量几乎翻了一番，从 380 亿克增加到 670 亿克。这些发射排放物可能包括黑碳、氮氧化物、一氧化碳、氧化铝和各种氯气等污染物。

化学影响

航天器碎片可能会通过平流层的化学反应产生各种连锁反应。

它可以拼写尤其是对臭氧层来说是个坏消息。例如，氧化铝是返回过程中氧化的副产品洛杉矶南加州大学的航空航天工程师何塞·费雷拉 (José Ferreira) 表示，铝基航天器部件的制造。 “我们知道氧化铝是臭氧消耗的催化剂。”

这种对臭氧层的新威胁尤其令人沮丧，1987 年禁止生产和排放已知破坏臭氧的化学品的协议（序列号：2/10/21）。到2016年，南极洲上空每年都会形成臭氧层空洞，有望在大约 50 年内完全关闭（序列号：12/14/16）。

墨菲说，航天器污染物还有无数其他方式可能会影响大气中复杂的化学物质。火箭发动机排放的烟灰吸收太阳能，可以使大气变暖。众所周知，航天器线路和合金焚烧过程中释放的铜和其他金属是大气中化学反应的强大催化剂。除其他外，这些金属可以促进充当云种子的微小颗粒的产生。

关于哪些反应可能已经发生，目前还没有太多直接信息。确实存在的数据将用于计算机模拟，以跟踪这些污染物的生命周期及其在大气中的相互作用。 Murpyh 的团队计划在 2025 年进行更多飞行，以继续追踪不断增加的航天器碎片库存。

与此同时，费雷拉正在考虑如何将环境影响评估纳入太空任务的设计阶段。费雷拉说：“如果我们预先确定某种成分或化学物质会对大气有害，我们就可以找到替代品或投资研究更环保的选择。”

墨菲说，目前，卫星分散物质的影响问题还是一个新问题，还没有太多资金来解决这个问题。但是，他补充道，“我认为这需要快速发生。在这些卫星建造和发射之前了解这些事情真是太好了。”