新太空競賽或致大氣層成衛(wèi)星墳場

太空競爭加劇衛(wèi)星報廢風(fēng)險

艾倫戴爾蓋蒂圖片社

當我們仰望夜空，看到一顆衛(wèi)星緩緩劃過時，或許并不會想到氣候變化或臭氧層問題。

太空看似與維系地球生命所依賴的環(huán)境系統(tǒng)相分離。但如今，人類在衛(wèi)星的設(shè)計、發(fā)射及退役處理方式上所采取的做法，正日益影響著這些環(huán)境系統(tǒng)。

近年來，衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量急劇增加。目前地球軌道上已有近15000顆在軌運行的衛(wèi)星，其中大部分屬于巨型星座，每顆衛(wèi)星的設(shè)計壽命僅有幾年。

新衛(wèi)星必須迅速發(fā)射以作為替代。為避免讓已失效的舊衛(wèi)星滯留在本就擁擠的近地軌道上，大多數(shù)衛(wèi)星運營商會主動將其離軌，使其進入地球高層大氣層。

在這里，它們會燃燒殆盡或碎裂成更小的碎片：這一過程被稱為可消解性。實際上，衛(wèi)星已成為一次性文化的一部分。

這一做法如今正被推向大得多的規(guī)模。我們擔(dān)憂其對地球氣候和大氣的影響。

潛藏的氣候與臭氧層風(fēng)險

上月，SpaceX向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）提交申請，請求批準發(fā)射額外一百萬顆衛(wèi)星，用于尚未經(jīng)過驗證的人工智能數(shù)據(jù)中心。

這一龐大數(shù)量并非唯一問題。SpaceX的星鏈第二代迷你衛(wèi)星單顆質(zhì)量約為800千克，相當于一輛小型汽車；后續(xù)版本的質(zhì)量預(yù)計將達到約1250千克。計劃中的第三代衛(wèi)星體積更為龐大，其規(guī)模可與波音737客機相媲美。

火箭發(fā)射已對氣候變化和臭氧層損耗產(chǎn)生影響。若大規(guī)模開展航天活動，例如部署數(shù)量達百萬級、尺寸與民航客機相當?shù)男l(wèi)星，將顯著加劇平流層加熱效應(yīng)與臭氧損耗，遠超以往評估結(jié)果；同時，失效衛(wèi)星持續(xù)再入大氣層燒蝕的過程，將進一步放大此類環(huán)境影響。

目前，燒蝕的衛(wèi)星塵埃已進入大氣層?？茖W(xué)家在研究高層大氣中的氣溶膠時，已檢測到航天器再入過程中釋放的金屬成分。近期，在某型運載火箭不受控再入過程中，亦檢測到了鋰元素。

這只是已規(guī)劃的巨型衛(wèi)星星座未來可能部署規(guī)模的一小部分——而SpaceX遠非唯一參與者。全球其他運營商已申請部署的衛(wèi)星總數(shù)合計超過一百萬顆。

與此同時，衛(wèi)星制造方通常不公開其航天器的材料構(gòu)成，因此其對環(huán)境的全部影響仍缺乏充分認識。

科學(xué)家假設(shè)其中很大一部分是鋁，燃燒后會生成氧化鋁顆粒，但具體材料組成及所產(chǎn)生的顆粒尺寸仍缺乏明確約束。

但我們知道，比人類頭發(fā)還要細小的微粒，可在大氣中懸浮數(shù)年之久，從而影響臭氧層并加劇氣候變化。

基于與先前研究類似的假設(shè)，我們估計一百萬顆衛(wèi)星可能導(dǎo)致一太克（十億公斤）的氧化鋁在高層大氣中累積——這一數(shù)量加上發(fā)射所產(chǎn)生的排放物，足以顯著改變大氣化學(xué)組成和加熱過程，其影響之劇烈尚不為我們所知。

沒有任何公眾授權(quán)允許某國的單一公司對地球大氣層進行如此大規(guī)模的改變。

后果并不僅限于大氣層。并非所有再入大氣層的衛(wèi)星都會完全燒毀；已有碎片墜落到地面，而由大型星座衛(wèi)星再入所導(dǎo)致人員傷亡的概率目前約為每五年40％——隨著軌道上衛(wèi)星數(shù)量的增加，對人員和航空器的風(fēng)險也在上升。

這些來自SpaceX龍飛船所搭載的一次性艙段的碎屑殘片，墜落在加拿大薩斯喀徹溫省的農(nóng)田中。 薩曼莎勞勒，知識共享署名非商業(yè)性使用許可

在太空中，形勢同樣嚴峻：外層空間研究所的碰撞風(fēng)險預(yù)警時鐘顯示，若衛(wèi)星停止主動規(guī)避，預(yù)計將在約3。8天內(nèi)發(fā)生碰撞。

許多專家認為，我們正處于凱斯勒綜合征的初期階段：即一系列碰撞引發(fā)的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致太空碎片數(shù)量急劇增加。

我們的天空不是垃圾場

我們的夜空，尤其是在新西蘭備受珍視，是地球上所有人仍在共享的少數(shù)事物之一。

根據(jù)天文學(xué)家構(gòu)建的模擬結(jié)果，按SpaceX所提出的規(guī)模部署的衛(wèi)星星座，將在全球各地夜空中呈現(xiàn)出數(shù)千顆肉眼可見的衛(wèi)星。最終，肉眼可見的衛(wèi)星數(shù)量可能超過肉眼可見的恒星數(shù)量。

對于科學(xué)家而言，觀測恒星的演化末期現(xiàn)象以及搜尋系外行星將變得更加困難。觀星活動、天文旅游以及文化天文學(xué)也將因此在全球范圍內(nèi)受到顯著影響。

這意味著，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）針對SpaceX相關(guān)提案所作出的裁決——目前正向公眾開放意見征詢——可能影響每一個人：無論是大氣環(huán)境的變化、近地軌道碰撞風(fēng)險的上升，還是自然夜空景觀的逐漸消失。

一種正在討論的方案是將失效衛(wèi)星送入遠離地球的軌道進行處置。但此舉需要為每顆衛(wèi)星消耗更多燃料以擺脫地球引力，從而增加有效載荷，并加大火箭發(fā)射對環(huán)境的影響。部分碎片仍可能重返地球。

隨著太空探索企業(yè)持續(xù)推進大規(guī)模發(fā)展，全球?qū)用娴谋O(jiān)管亟需加強：在缺乏統(tǒng)一上限的體系中，僅對某一家企業(yè)實施監(jiān)管，只會使問題轉(zhuǎn)移至其他主體。作為當前規(guī)模最大的運營方，太空探索企業(yè)理應(yīng)率先推動環(huán)境可持續(xù)解決方案，正如歷史上某些企業(yè)在特定時期主動引領(lǐng)行業(yè)環(huán)保實踐那樣。

第一步是界定衛(wèi)星發(fā)射與再入大氣層的安全大氣承載能力。環(huán)境評估應(yīng)覆蓋全生命周期，包括對大氣的影響，并兼顧軌道安全以及對文化和科研天文觀測的影響。

無論監(jiān)管結(jié)果如何，以大氣層作為衛(wèi)星的焚化爐，達到如此規(guī)模，都不可能是一種可行的解決方案。

相關(guān)知識

大氣層是包圍地球的氣體層，主要由氮氣、氧氣、氬氣等組成，分為對流層、平流層、中間層、熱層和外逸層。它能吸收太陽輻射中的有害紫外線，調(diào)節(jié)地表溫度，并為生命提供必需的氧氣，同時保護地球免受隕石和宇宙射線的直接沖擊。

BY: Laura Revell

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自： https://theconversation.com/a-new-space-race-could-turn-our-atmosphere-into-a-crematorium-for-satellites-276366

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