美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的一枚火箭在重返地球大氣層時燒毀，其釋放的金屬蒸汽羽流飄至歐洲上空。隨著全球航天器與衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量的持續(xù)增長，這類由太空活動引發(fā)的大氣污染問題正引發(fā)科學(xué)界的高度警惕。相關(guān)研究成果已于2月19日發(fā)表在《通訊-地球與環(huán)境》期刊上。

時間回溯至2025年2月19日，一枚獵鷹9號火箭的第二級因發(fā)動機(jī)故障失控，在北大西洋上空脫離軌道墜落。按照原計劃，該火箭本應(yīng)在太平洋濺落以實現(xiàn)回收復(fù)用。

歐洲多個地區(qū)的民眾目擊到燃燒的火箭殘骸劃過夜空，部分碎片最終墜落在波蘭一處倉庫后方。德國萊布尼茨大氣物理研究所的Robin Wing及其團(tuán)隊在得知這一消息后，迅速啟動了用于大氣監(jiān)測的激光雷達(dá)設(shè)備。

20小時后，激光雷達(dá)檢測到該區(qū)域高空大氣中的鋰含量驟增10倍。鋰是火箭殼體的重要組成材料，此時蒸發(fā)的金屬羽流正途經(jīng)該區(qū)域上空。大氣模型數(shù)據(jù)顯示，這股羽流已從火箭再入大氣層的初始位置飄移了1600公里。這項研究首次明確證實了高空大氣污染與航天器重返大氣層過程之間的直接關(guān)聯(lián)。

Wing指出：“這些微小的金屬顆?？赡軙铀俪粞鯇拥钠茐倪M(jìn)程，在平流層和中間層形成特殊云層，進(jìn)而改變陽光在大氣中的傳播路徑。不過，目前針對這些影響的研究仍不夠充分?！?/p>

隨著商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，以及SpaceX的Starlink、亞馬遜的Leo等大型衛(wèi)星星座計劃的推進(jìn)，公眾對這類污染的擔(dān)憂與日俱增。當(dāng)前在軌衛(wèi)星數(shù)量已達(dá)1.45萬顆，而SpaceX在上個月剛提交了再發(fā)射100萬顆衛(wèi)星的申請，以實現(xiàn)埃隆·馬斯克構(gòu)建軌道數(shù)據(jù)中心、為人工智能提供算力支持的目標(biāo)。

為避免衛(wèi)星碰撞產(chǎn)生更多太空垃圾，衛(wèi)星在壽命終結(jié)時通常會被引導(dǎo)受控墜落并在大氣層中燒毀。有專家預(yù)測，未來10年內(nèi)，進(jìn)入大氣層的太空垃圾顆粒數(shù)量可能增長50倍，其質(zhì)量將超過同期進(jìn)入地球大氣層的流星體質(zhì)量的40%。

美國普渡大學(xué)的Daniel Cziczo表示：“許多人存在一種誤解，認(rèn)為太空碎片在大氣中燒毀后就會完全消失?，F(xiàn)在，我們必須對這些物質(zhì)可能產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行深入系統(tǒng)的分析?！?/p>

據(jù)估算，此次獵鷹9號火箭羽流中含有約30千克鋰。但考慮到火箭殼體的合金構(gòu)成，其中鋁的含量遠(yuǎn)高于鋰。汽化后的鋁會與大氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鋁顆粒。這些顆粒能夠為氯化合物提供反應(yīng)界面，使其更易分解。通過這一過程釋放的氯自由基會與平流層中的臭氧分子發(fā)生反應(yīng)，從而破壞臭氧層。

當(dāng)前在軌衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到歷史峰值，它們在燒毀過程中會持續(xù)產(chǎn)生新的大氣污染物。研究人員估計，每年因航天器燒毀而進(jìn)入大氣的氧化鋁約為1000噸，且這一數(shù)字仍在不斷上升。這可能導(dǎo)致南半球的臭氧層空洞再次擴(kuò)大，而此前隨著各國逐步淘汰含臭氧層消耗物質(zhì)的制冷劑，臭氧層空洞已呈現(xiàn)持續(xù)縮小的趨勢。臭氧層的損耗會使更多太陽紫外線到達(dá)地球表面，從而增加人類患皮膚癌的風(fēng)險。

英國倫敦大學(xué)學(xué)院的Eloise Marais表示：“人為活動對高層大氣的污染影響正逐漸超過自然污染。太空碎片問題正在抵消我們在修復(fù)臭氧層空洞方面取得的成果?！?/p>

此外，金屬氧化物顆粒還可作為凝結(jié)核，促使水蒸氣凝結(jié)成水滴，在對流層上部形成卷云。這類云層通常會吸收更多熱量，科學(xué)家已在卷云中檢測到航天器燃燒產(chǎn)生的顆粒。如果這些顆粒確實促進(jìn)了卷云的形成，可能會加劇全球變暖，盡管其影響程度遠(yuǎn)小于二氧化碳等主要溫室氣體。

Cziczo強(qiáng)調(diào)：“已有大量科學(xué)證據(jù)表明這些物質(zhì)可能對大氣產(chǎn)生有害影響。作為科研人員，我們需要明確這些影響是否已經(jīng)發(fā)生，以及其嚴(yán)重程度如何?！?/p>

目前已有一些潛在的解決方案被提出，例如使用木材等環(huán)保材料制造衛(wèi)星，或?qū)⒏嗤艘坌l(wèi)星送入高空的“墓地軌道”。Wing表示：“面對衛(wèi)星數(shù)量的爆發(fā)式增長，我們需要先進(jìn)行充分的研究和規(guī)劃，再推進(jìn)相關(guān)項目?！?/p>

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s43247-025-03154-8

（原標(biāo)題為《太空垃圾造成的大氣污染令人擔(dān)憂》）

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