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当旧卫星坠入地球大气层并燃烧时，它们会留下微小的氧化铝颗粒，这些颗粒会侵蚀地球的保护性臭氧层。一项新研究发现，这些氧化物在 2016 年至 2022 年间增加了 8 倍，并且随着低地球轨道卫星数量的激增，它们将继续积累。
该研究发表在《地球物理研究快报》上。
1987 年《蒙特利尔议定书》成功规范了破坏臭氧层的氟利昂，保护了臭氧层，缩小了南极洲的臭氧洞，预计在 50 年内会恢复。但氧化铝的意外增长可能会在未来几十年内暂停臭氧层保护的成功。
在近地轨道上的 8,100 个物体中，有 6,000 个是过去几年发射的星链卫星。全球互联网覆盖需求推动小型通信卫星群发射数量迅速增加。SpaceX 是这项事业的领跑者，获准发射另外 12,000 颗星链卫星，计划发射多达 42,000 颗。该研究的作者表示，亚马逊和全球其他公司也在计划发射 3,000 至 13,000 颗卫星的星座。
低地球轨道上的互联网卫星寿命很短，大约只有五年。之后，公司必须发射替换卫星来维持互联网服务，从而继续形成计划报废和意外污染的循环。
氧化铝引发的化学反应会破坏平流层臭氧，而臭氧可保护地球免受有害紫外线的伤害。这些氧化物不会与臭氧分子发生化学反应，而是会引发臭氧和氯之间的破坏性反应，从而消耗臭氧层。由于氧化铝不会被这些化学反应消耗掉，因此它们在漂流穿过平流层的过程中，可以持续破坏一个又一个臭氧分子，持续数十年。
然而，人们很少关注卫星坠入高层大气并燃烧时产生的污染物。早期对卫星污染的研究主要集中在将运载火箭推进太空的后果上，例如火箭燃料的释放。作者表示，这项由南加州大学维特比工程学院研究小组进行的新研究首次对高层大气中这种长期污染的程度进行了现实评估。
“直到最近几年，人们才开始认为这可能会成为一个问题，”南加州大学航天研究员、新研究的通讯作者约瑟夫·王 (Joseph Wang) 表示。“我们是第一批研究这些事实可能意味着什么的团队之一。”
卫星太阳能电池阵列驱动装置在风洞模拟中遭遇了大气再入时的燃烧。
潜伏威胁
由于实际上不可能从正在燃烧的航天器上收集数据，以前的研究使用微流星体的分析来估计潜在的污染。但微流星体含有极少量的铝，而铝占大多数卫星质量的 15% 至 40%，因此这些估计值并不适用于新的“群”卫星。
为了更准确地了解卫星重返大气层造成的污染，研究人员模拟了卫星材料在分子和原子水平上相互作用时的化学成分和化学键。结果让研究人员了解了材料在不同能量输入下的变化。
研究人员发现，2022 年，重返大气层的卫星使大气中的铝含量比自然水平高出 29.5%。模型显示，一颗典型的 250 公斤（550 磅）卫星，其质量的 30% 是铝，在重返大气层时会产生约 30 公斤（66 磅）的氧化铝纳米颗粒（大小为 1-100 纳米）。这些颗粒大部分是在距离地球表面 50-85 公里（30-50 英里）的中间层产生的。
研究小组随后计算出，根据粒径大小，氧化铝需要长达 30 年的时间才能飘落到平流层高度，而地球上 90% 的臭氧都位于此处。
研究人员估计，到目前计划的卫星群建成时，每年将有 912 公吨（1,005 吨）的铝落到地球上。这将每年向大气中释放约 360 公吨（397 吨）的氧化铝，比自然水平高出 646%。
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发表于 2024-6-15 10:41:06