“太空垃圾”不是个新名词，但是大部分人只会觉得：在我头顶几百公里处的垃圾，跟我有什么关系?（毕竟有些人连自己脚下的垃圾都不会捡起来）

事实可能比大家预想的要严重。这些太空垃圾不但会影响人类进一步探索太空，一项最新研究表明，它们还会污染空气，这可算是 “魔法”攻击了。

自从苏联在1957年发射了人类历史上第一颗人造卫星后，全世界各国一共执行了数以千计的太空任务。在这些任务中，使用后报废的航天器、废弃的火箭、解体的航天器碎片等一起构成了一个环绕地球的密集太空垃圾场——截至2019年1月，科学家估计太空中有超过1.28亿个小于1厘米的碎片，约900000个大小在1-10厘米之间的碎片，以及约34000个大于10厘米的碎片。

由计算机模拟的太空垃圾分布图 （图片来源：Wikipedia）

太空碎片给人类带来的危害极大，首先的一点就是会撞击目前轨道上运行的各类卫星，损伤、甚至彻底摧毁它们。

比如2009年，重达950千克的俄罗斯废弃军用卫星Kosmos 2251直接撞毁了美国一颗正常运行的卫星——铱33，并引发了两国长达数年的法律纠纷。

不要以为这与我们毫无关系，目前很多通信活动都是由卫星转发的。我们打开电视以后看到的各大卫视频道信号都由卫星转播，另外最近某品牌手机也开通了卫星通讯功能，要想体验这个功能，卫星也是必不可少的。除了通信之外，天气预报、定位导航、农业生产等都很大程度上依赖卫星。

两颗卫星的碰撞示意，以及它们碰撞后造成的新碎片示意图 图片来源：Wikipedia

其次，太空碎片也会给载人航天任务，以及运行在轨道上的空间站内的航天员带来致命风险。NASA在2005年的研究中得出结论，太空碎片撞击风险约占航天飞机任务面临总风险的一半。比如2006年，一块电路板碎片在亚特兰蒂斯号货舱的散热器板上钻了一个小孔；2007 年，碎片在奋进号的散热器板上炸出了一个子弹状的洞。

卫星被太空垃圾撞击的示意图 图片来源：ESA

国际空间站当然也避免不了这种撞击，截至2019年，国际空间站已经记录了超过1400次来自流星体和太空垃圾的撞击。就在2022年4月，国际空间站就为了躲避与垃圾的碰撞，进行了临时机动规避。

国际空间站进行规避的相关新闻报道 (图片来源：见截图)

国际空间站的太阳能面板因受到大量小碎片撞击而显得破破烂烂，其中图中右侧的面板面向我们，痕迹非常明显 （图片来源：Wikipedia）

此外，由于太空垃圾会因碰撞或是与太空中稀薄空气的摩擦而逐渐减速并最后被地球重力重新捕获，重回大气层中，其中一些个头较大的会撞到地面上，对人类造成直接伤害。

当然，这些其实还不算是最严重的影响。有科学家认为，要是在低地球轨道上，垃圾密度足够高时，它们会产生连锁碰撞，从而创造出更多小的碎片，并进一步增加碰撞的可能性。如果这种恶性循环的情况发生，则可能意味着中低轨道上会密布太空垃圾，让人类随后的每一次太空任务都面临极大风险——甚至在数百年的时间内都让人类无法继续向外太空发射航天器。

除了给我们带来物理攻击之外，一项新的科学研究表明，太空垃圾还会给我们带来“魔法”攻击：正如流星坠落一样，太空垃圾在此过程中也会因为与大气层内稠密的大气摩擦而燃烧——燃烧带来的后果就是垃圾中的部分物质会蒸发到高空大气中，由此让平流层发生严重污染。

太空垃圾进入地球大气层时，也会和流星一样在大气层内燃烧发出火光 （图片来源：Wikipedia）

在这项研究中，科学家们利用质谱仪分析了美国中西部以及阿拉斯加平流层内的空气。

分析结果显示在这些地方的平流层空气中存在大量金属元素，其包括了银、铁、铅、锂、镁、铝、钛、铍、铬、镍、锌等20多种金属。虽然在自然情况下，进入被地球捕获的流星的燃烧也会带来这些金属元素，但进一步分析表明在平流层中发现的这些金属元素比例与某些航天器的高性能合金比例一致。

而且，在大气中还发现了铌和铪这些绝不可能自然出现在大气层中的元素——它们用于制造耐高温的合金，主要用于火箭喷嘴上。因此，这些证据清晰无误地表明了太空垃圾与平流层金属污染之间的联系。

在这次研究中发现大气层中锂（Li）、铁（Fe）、铝（Al）等元素的比例非常有规律，几乎与航天器中某些合金的比例一致 （图片来源：Murphy D M, Abou-Ghanem M, Cziczo D J, et al. Metals from spacecraft reentry in stratospheric aerosol particles[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023, 120(43): e2313374120.）

对这种由太空任务导致的污染，科学家们其实是有预期的。毕竟不管是发射航天器还是它们重回地球，它们都会与平流层中的稠密大气摩擦而燃烧起来。一旦燃烧，总免不了有一部分物质会蒸发变成平流层大气的一部分。不过自然情况下流星也会带来各种金属，所以人类活动应该不会对大气层造成严重影响。然而他们从未想到情况会变得这么严重。以铝为例，每年流星带来的铝约为130吨，而航天器和太空垃圾带来的铝则为210吨。

目前预计到2030年，可能会有50000颗卫星进入太空，若是以卫星使用寿命为5年来算，每年有10000颗卫星会往返于大气层中，平均下来每天是30次。

考虑到绝大多数进入地球大气层的流星都是克甚至微克级别，而卫星则是数十甚至数百千克的体量，它们在大气层内燃烧的剧烈程度是远超流星的，留下的污染也将远超流星。因此，科学家估计在未来的数十年中，人类航天活动以及带来的垃圾，给大气层带来的金属污染将会大大超过地球自然情况下的数量。

掉落在沙特沙漠中的太空垃圾，这些垃圾大小远超绝大部分流星 （图片来源：Wikipedia）

此外，由于目前人们担忧太空中垃圾可能会对未来航天活动带来影响，一系列太空垃圾捕获计划也进入了深入研究中。但是不管这些捕获计划的具体内容是什么，其原理都是一样的——那就是捕获太空垃圾，然后将它们重新拉回大气层内使其坠落。这些计划一旦实施，那么太空垃圾为平流层内带来的金属污染将会更多。

目前科学家们并不确定金属元素污染会给我们带来什么影响，但研究发现这些金属元素在平流层内极易被平流层内的硫酸吸附在一起，而硫酸又是影响地球平流层内臭氧的重要物质，因此这些污染可能会让臭氧层出现大问题。另外，硫酸也是冰核成分之一，金属元素的污染会不会影响平流层冰核的成核？最后，这些金属与硫酸结合构成的硫酸盐微粒会不会影响平流层的光学或化学反应过程？其中，光学效应能调节对阳光的反射，这会影响地球的温度……这些都还要进行进一步研究。

但是，能确定的是，当我们搞清楚这些金属污染会带来什么后果的时候，它们肯定已经对我们造成影响了。

参考文献：

https://en.wikipedia.org/wiki/Space_debris External_links

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2313374120

作者：地星引力