航天器在高层大气中燃烧:对气候有何影响?

“近地轨道”正变得越来越拥挤,越来越多的航天器在高层大气中燃烧。杜伦大学的 Fionagh Thomson 对这一趋势可能对地球气候产生的潜在影响感到好奇。

本篇 刊文 最初发表于 谈话 二月23,2024,。

埃隆·马斯克 (Elon Musk) 旗下的 SpaceX 宣布将在未来 100 个月内处置 XNUMX 颗 Starlink 卫星。 发现设计缺陷 这可能会导致他们失败。 SpaceX 不会冒对其他航天器构成威胁的风险,而是会让这些卫星“脱离轨道”,在大气层中燃烧殆尽。

但大气科学家越来越担心这种 明显的非法倾倒 太空部门将导致地球上进一步的气候变化。最近,一个团队意外地发现 潜在消耗臭氧层金属 来自平流层中的航天器,平流层是形成臭氧层的大气层。

相对“近地轨道” 卫星 监测地球的 生态系统 人们发现,轨道上的航天器越来越拥挤——仅“星链”就有超过 5,000 艘航天器在轨运行。因此,清除碎片是航天部门的首要任务。新发射的航天器也必须在25年内脱离轨道(美国最近实施了更严格的规定) 五年规则)要么向上移动到所谓的“墓地轨道”,要么向下移动到地球大气层。

较低轨道卫星通常设计为利用剩余的燃料和地球引力重新进入大气层。在受控再入中,航天器在预先设定的时间进入大气层,并在太平洋最偏远的地方着陆 尼莫角 (又名航天器墓地)。在不受控制的再入过程中,航天器会“自然消亡”并在大气层中燃烧。

美国宇航局和欧洲航天局提倡这种处置形式,作为“为消亡而设计”的设计理念的一部分。建造、发射和运行一颗足够坚固的卫星,使其能够在太空的敌对环境中运行,同时又能够在重返大气层时轻松分解和燃烧,以避免危险的碎片到达地球表面,这是一项环境挑战。该工作仍在进行中。

卫星运营商必须证明其设计和重返计划的“人为命中”率较低,然后才能获得许可。但对于重返阶段对地球高层大气的影响,人们的关注有限。这并非疏忽。

最初,太空部门和天体物理学界都不认为重返大气层时烧毁卫星会构成严重的环境威胁——至少对大气层是这样。毕竟,与 440 吨的粒子相比,航天器释放的粒子数量还很少。 流星 每天都会与火山灰和地球上工业过程产生的人为污染一起进入大气层。

对臭氧层来说是坏消息吗?

那么,大气气候科学家是否对大气中航天器颗粒的存在反应过度呢?他们的担忧源于对南北极臭氧空洞成因长达 40 年的研究,这些臭氧空洞在 1980 世纪 XNUMX 年代首次被广泛观测到。

今天,他们现在知道臭氧层丧失是由人为造成的 工业气体,与自然和极高的海拔相结合 极地平流层云 或珍珠母云。这些飘逸云的表面充当催化剂,将良性化学物质转变为更活跃的形式,可以迅速 破坏臭氧层.

丹·奇佐(Dan Cziczo)是美国普渡大学的大气科学家,也是最近一项在平流层中发现臭氧消耗物质的研究的合著者。他向我解释说,问题是,当地球大气层刚刚达到饱和状态时,来自航天器的新粒子是否会帮助这些云的形成并导致臭氧损失。 开始恢复.

齐克佐等大气科学家更关心的是,只有少数新粒子才能产生更多此类极地云——不仅在高层大气中,而且在形成卷云的低层大气中。卷云是您可能会在六公里以上的天空中看到的薄薄的冰云。它们倾向于让来自太阳的热量通过,但随后在出去时将其捕获,因此理论上,除了我们已经看到的温室气体带来的影响之外,更多的卷云可能会加剧全球变暖。但这是不确定的并且 仍在研究中.

齐克佐还解释说,从轶事证据中我们知道两极上方的高空云层正在发生变化,但我们还不知道是什么导致了这种变化。是流星体或火山碎片等自然粒子,还是来自航天器的非自然粒子?这是我们需要知道的。


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关心,但不确定

那么我们如何回答这个问题呢?我们有大气科学家、航天器制造商和天体物理学家的一些研究,但这些研究不够严谨或集中,无法就采取哪个方向做出明智的决定。一些天体物理学家声称,来自航天器的氧化铝(氧化铝)颗粒会在大气中引起化学反应, 可能会引发臭氧破坏.

由于没有足够的科学证据,详细研究这一主题的大气科学家尚未取得这一进展。我们知道来自航天器的粒子位于平流层中。但这对臭氧层或气候意味着什么仍然未知。

人们很容易夸大研究结果以获取更多支持。但这是通往研究地狱的道路——否认者日后会利用糟糕的发现来抹黑这项研究。我们也不想使用民粹主义观点。但我们也了解到,如果我们等到无可争议的证据出现时才采取行动,可能就太晚了,就像臭氧层消失一样。这是一个持续的困境。


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图片由 SpaceX公司 on Unsplash.

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