火箭和卫星正在向大气中抛洒金属

近两个世纪以来，人类一直在从地球表面改变大气层——但现在在太空时代，我们也在从外太空改变大气层。大气科学家最近在平流层发现了意想不到的金属痕迹，平流层是大气层的第二低层，臭氧就在这里，流星燃烧成流星。研究人员在上周发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中确定，这种污染来自重返地球大气层的航天器。

这项研究是“第一个观测证据，表明太空活动是平流层颗粒物污染的一个非常重要的来源”，未参与这项新研究的 LATMOS 大气科学家 Slimane Bekki 说。“更重要的是，没有人知道这些颗粒对臭氧层的影响，”他补充道，并指出这种分子在保护人类免受危险紫外线辐射方面的重要性。

通常，任务规划人员的主要关注点是确保太空垃圾不会落到地面，否则可能会对人员或建筑物造成伤害——但正如这项研究指出的那样，平流层中蒸发的物质可能仍然会产生影响，即使不是字面意义上的影响。这种物质肯定存在于某个地方，而且看起来它徘徊在平流层中。“我们在我们认为是原始大气区域的地方发现了这种人造物质。如果平流层（大气中这个稳定的区域）发生了变化，就值得仔细观察，”共同作者、普渡大学大气科学家 Dan Cziczo 在新闻稿中表示。

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研究团队乘坐专门为高空飞行而设计的飞机飞越美国大陆的平流层，飞机的机头装有空气分析仪器。这些独特的飞机——NASA 的 ER-2 和 WB-57——巡航高度约为 65,000 英尺，几乎是普通客机的两倍。飞行高度可达 70,000 英尺，研究飞机可以飞越地球大气质量的 99% 以上。

在平流层中，这些飞机上的收集设备记录了重金属铌和铪的痕迹。这些元素在大气中并不自然存在，但它们通常用于火箭和航天器外壳。该团队还测量了超过 20 种金属的浓度高于预期，包括铜、锂、铝和铅。总而言之，平流层中约 10% 的气溶胶颗粒含有金属。

大气科学家不确定这些变化将如何影响地球。平流层含有微小的硫酸团，现在这些硫酸团中注入了来自旧航天器的金属。这些金属的存在可能会改变平流层的化学性质，包括硫酸滴的生长大小。即使是高空的微小变化也可能影响光线的弯曲方式、热量的传递或冰晶的生长方式。

最大的问题是这些变化将如何影响地表上的人类生活。不幸的是，这个问题没有明确的答案，但在过去，平流层的微小变化导致了巨大的影响——比如增加了侵蚀臭氧层的氟利昂。最终，可能需要对航天器采取额外的环境预防措施，以防止对平流层造成损害。

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“要使这些粒子不出现在高层大气中，唯一的办法就是首先不要发射卫星，”埃克塞特大学大气科学家杰米·舒特勒（Jamie Shutler）解释道，他不是研究小组的成员。“未来的可能做法是减少发射，延长卫星的使用寿命（所以我们需要减少发射），或者鼓励行业公开卫星的成分（这样我们就可以指导制造商了解潜在的有害影响）。”他补充说，这一新发现“证实了我们对平流层污染的担忧”。

但在我们解决这个问题之前，“必须考虑重返大气层会影响平流层这一概念，”主要作者、美国国家海洋和大气管理局大气科学家丹尼尔·墨菲说。他强调，这个想法仍然非常新颖，需要进行更多研究才能了解这种污染的规模和潜在后果。

随着航天器发射和重返大气层的速度加快，潜在影响预计只会越来越大。该研究的合著者、航空航天公司气候科学家马丁·罗斯在一份新闻稿中指出，在过去五年中，航天机构和私营公司已经发射了 5,000 多颗卫星。“它们中的大多数将在未来五年内回归，我们需要知道这将如何进一步影响平流层气溶胶，”他说。该团队预计，未来几十年内，含金属颗粒的比例可能会从 10% 增长到 50% 以上，这尤其要归功于即将出台的计划，即通过将太空垃圾抛回大气层来减少太空垃圾。

然而，这些努力和即将进行的发射需要考虑到对地球可能产生的影响——研究人员需要做更多的工作来确定这些影响的程度。“了解我们的星球是最紧迫的研究重点之一，”Cziczo 说。