航天器残骸引发的高层大气污染问题亟待关注

美国太空探索技术公司（SpaceX）的一枚火箭在重返地球大气层时烧毁，其释放的金属蒸汽羽流飘至欧洲上空。随着全球航天器与卫星发射数量的持续增长，这类由太空活动引发的大气污染问题正引发科学界的高度警惕。相关研究成果已于2月19日发表在《通讯-地球与环境》期刊上。

时间回溯至2025年2月19日，一枚猎鹰9号火箭的第二级因发动机故障失控，在北大西洋上空脱离轨道坠落。按照原计划，该火箭本应在太平洋溅落以实现回收复用。

欧洲多个地区的民众目击到燃烧的火箭残骸划过夜空，部分碎片最终坠落在波兰一处仓库后方。德国莱布尼茨大气物理研究所的Robin Wing及其团队在得知这一消息后，迅速启动了用于大气监测的激光雷达设备。

20小时后，激光雷达检测到该区域高空大气中的锂含量骤增10倍。锂是火箭壳体的重要组成材料，此时蒸发的金属羽流正途经该区域上空。大气模型数据显示，这股羽流已从火箭再入大气层的初始位置飘移了1600公里。这项研究首次明确证实了高空大气污染与航天器重返大气层过程之间的直接关联。

Wing指出：“这些微小的金属颗粒可能会加速臭氧层的破坏进程，在平流层和中间层形成特殊云层，进而改变阳光在大气中的传播路径。不过，目前针对这些影响的研究仍不够充分。”

随着商业航天产业的迅猛发展，以及SpaceX的Starlink、亚马逊的Leo等大型卫星星座计划的推进，公众对这类污染的担忧与日俱增。当前在轨卫星数量已达1.45万颗，而SpaceX在上个月刚提交了再发射100万颗卫星的申请，以实现埃隆·马斯克构建轨道数据中心、为人工智能提供算力支持的目标。

为避免卫星碰撞产生更多太空垃圾，卫星在寿命终结时通常会被引导受控坠落并在大气层中烧毁。有专家预测，未来10年内，进入大气层的太空垃圾颗粒数量可能增长50倍，其质量将超过同期进入地球大气层的流星体质量的40%。

美国普渡大学的Daniel Cziczo表示：“许多人存在一种误解，认为太空碎片在大气中烧毁后就会完全消失。现在，我们必须对这些物质可能产生的环境影响进行深入系统的分析。”

据估算，此次猎鹰9号火箭羽流中含有约30千克锂。但考虑到火箭壳体的合金构成，其中铝的含量远高于锂。汽化后的铝会与大气中的氧气发生反应，生成氧化铝颗粒。这些颗粒能够为氯化合物提供反应界面，使其更易分解。通过这一过程释放的氯自由基会与平流层中的臭氧分子发生反应，从而破坏臭氧层。

当前在轨卫星数量达到历史峰值，它们在烧毁过程中会持续产生新的大气污染物。研究人员估计，每年因航天器烧毁而进入大气的氧化铝约为1000吨，且这一数字仍在不断上升。这可能导致南半球的臭氧层空洞再次扩大，而此前随着各国逐步淘汰含臭氧层消耗物质的制冷剂，臭氧层空洞已呈现持续缩小的趋势。臭氧层的损耗会使更多太阳紫外线到达地球表面，从而增加人类患皮肤癌的风险。

英国伦敦大学学院的Eloise Marais表示：“人为活动对高层大气的污染影响正逐渐超过自然污染。太空碎片问题正在抵消我们在修复臭氧层空洞方面取得的成果。”

此外，金属氧化物颗粒还可作为凝结核，促使水蒸气凝结成水滴，在对流层上部形成卷云。这类云层通常会吸收更多热量，科学家已在卷云中检测到航天器燃烧产生的颗粒。如果这些颗粒确实促进了卷云的形成，可能会加剧全球变暖，尽管其影响程度远小于二氧化碳等主要温室气体。

Cziczo强调：“已有大量科学证据表明这些物质可能对大气产生有害影响。作为科研人员，我们需要明确这些影响是否已经发生，以及其严重程度如何。”

目前已有一些潜在的解决方案被提出，例如使用木材等环保材料制造卫星，或将更多退役卫星送入高空的“墓地轨道”。Wing表示：“面对卫星数量的爆发式增长，我们需要先进行充分的研究和规划，再推进相关项目。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s43247-025-03154-8

（原标题为《太空垃圾造成的大气污染令人担忧》）

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