燃烧卫星产生的碎片可能会影响地球磁场

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一个明亮的火球划过天空（图片来源：欧空局/美国国家航空航天局）

（）据美国太空网（Tereza Pultarova）：随着越来越多的航天器被发射到地球轨道，太空飞行对环境的影响越来越明显。

多年来，越来越多的卫星在地球大气层中燃烧，这一直让科学家们感到担忧。现在，一篇新论文探讨了卫星重新进入地球后，地球周围出现的“导电尘埃”外壳如何影响地球的保护磁场。

美国物理学家、冰岛大学博士生Sierra Solter Hunt告诉Space.com：“我们的星球上到处都是垃圾。”Solter Hunter是这篇新论文的唯一作者，该论文已于2023年12月在在线存储库Arxiv上以预印本形式发表，目前仍在等待同行评审。从那时起，这篇论文在网上引发了讨论。索尔特·亨特对此感到高兴，尽管有些人认为她的结论被夸大了。

“我想开始对话，”她说。

Solter Hunt在她对“等离子体尘埃”的博士研究中遇到了地球高层大气中金属尘埃浓度增加的问题。她解释说，等离子体尘埃，产生于构成地球高层大气的脆弱电离气体与撞击地球的流星燃烧留下的微小灰烬颗粒以及任务结束时燃料耗尽后螺旋返回的卫星的相互作用。

流星从一开始就撞击地球，但它们的化学成分与卫星完全不同。

索尔特·亨特说：“流星只含有微量的高导电金属。”。“另一方面，卫星基本上完全由超导金属制成。”

根据索尔特·亨特的计算，每天有50吨太空岩石在地球大气层中蒸发，留下约450公斤的带电尘埃。这比一颗重新进入星链的卫星产生的能量少了三倍。根据美国国家海洋和大气管理局的数据，目前，每天大约有一颗旧卫星在地球大气层中死亡。但随着太空探索技术公司（SpaceX）的星链（Starlink）等大型星座运营商继续组建机队，这一数字还会增长。

如果太空探索技术公司按计划完成由42000颗卫星组成的第二代星链星座，仅星链卫星就将以每天23颗的速度重新进入。这是因为太空探索技术公司预计将定期用更新、能力更强的航天器升级其机队。

Solter Hunt说：“这大约是每天29吨的卫星返回材料，仅用于星链超级星座。”。

研究人员说，根据目前的技术，很难准确地模拟出这么多导电材料将如何影响地球磁场。

索尔特·亨特说：“卫星大多由铝制成，铝是一种超导体。”。“超导体用于阻挡、扭曲或屏蔽磁场。我担心的是，在未来的某个时候，这种导电尘埃可能会在磁层中产生一些扰动。”



2024年1月2日发射的一批SpaceX星链卫星，包括前六颗具有直接到蜂窝能力的卫星。（图片来源：SpaceX）

在这一点上，返回的人造碎片已经产生了比地球范艾伦辐射带质量更多的导电尘埃，这两个区域位于行星上方，由于行星磁场的影响，来自太阳的带电粒子在这里积累。

内部和外部范艾伦带分别在3700英里和7400英里（6000和12000公里）以及16000和28000英里（25000到45000公里）的高度之间延伸。另一方面，重新进入卫星的磁尘积累得要低得多，大约在地球表面以上37到50英里（60到80公里）。

索尔特·亨特认为，导电外壳引起的扰动可能会在地球的保护磁屏蔽上戳破洞，从而可能使更有害的宇宙辐射到达地球表面。在一个极端的、几乎是世界末日的场景中，减弱的磁层可能会让太阳风开始剥离地球大气层，就像数十亿年前对火星大气层所做的那样。然而，这肯定不是一个直接的威胁。



显示太阳风（红色）与地球磁场（蓝色，不按比例）相互作用的插图。（图片来源：Mark Garlick/科学图片库/Getty Images）

索尔特·亨特更关心的是对臭氧层的影响。当来自卫星的铝燃烧时，它会转化为氧化铝，一种已知的臭氧消耗物质。

加拿大不列颠哥伦比亚大学天文学和天体物理学副教授Aaron Boley领导的一个研究小组此前曾探讨过巨型星座碎片对臭氧层造成的危险。

博利的论文发表在著名的《科学报告》杂志上，他拒绝对索尔特·亨特的论文发表详细评论，但表示这“开启了一场重要的讨论”

然而，美国国家海洋和大气管理局的大气化学科学家凯伦·罗森洛夫发表了关于卫星再入大气层产生的氧化铝对地球高层大气影响的论文，她表示，应该谨慎对待这些结论。

包括罗森洛夫和博利在内的科学家此前曾对地球大气层中卫星灰浓度的不断增加以及这可能对地球产生的长期影响表示担忧。

2023年10月，另一个团队报告称，使用美国国家航空航天局的高空研究飞机，在地球表面以上11.8英里（19公里）的高度探测到来自火箭排气或燃烧的太空垃圾的颗粒。

研究人员认为，由于这些粒子的体积很小，它们要么永远留在大气层中，要么需要很长时间才能回落到地球上。随着火箭发射和卫星飞行速度的加快，它们的浓度可能会急剧上升。

就像地球大气中温室气体浓度不断增加一样，其后果可能在几十年后才会变得明显。

索尔特·亨特说：“这些超级星座将不断制造污染。”。“它会越来越多，会产生一些不同的化学反应，我们基本上对此一无所知。”