近期一些人造卫星，向大气层坠落的速度突然提高10倍！什么原因？

在地球的上空，分布着数不胜数的人造卫星以及其他航天器，它们在太空探测、对地观测以及通讯、导航等方面发挥着重要作用。这些人造卫星及航天器，其轨道高度基本上都处在150公里（低轨卫星）到3.58万公里（地球同步卫星）。轨道高度越低的这些人造物体，受到地球大气层的阻力作用就会越明显，如果没有能量补充渠道或者不能够及时进行轨道维持，那么这些人造物体就会最终坠落大气层，然后焚烧殆尽。

很多人造卫星出现了高度快速下降的问题

因此，为了确保人造卫星以及航天器有效发挥作用，尽可能地延长使用寿命，在一定的轨道高度下，这些卫星可以通过太阳能电池板提供的能量，同时在地面探测中心的操控下，可以及时将下降的高度给弥补回来。不过，从去年开始，欧洲航天局在运行Swarm星座的组网卫星时，发现了一个令人震惊的事实，那就是很多卫星以异常快的速度向大气下坠，坠落的速度比以往要快差不多10倍。

在这种下坠速度下，依靠原有的轨道维持系统，很难将卫星重新调整到原有的轨道上来，所造成的后果，无疑是这些卫星的使用寿命大为减少。根据欧航局的监测数据，Swarm卫星的最低轨道高度约为450公里，在过去5年的时间里，受到地球高空大气层微弱阻力的影响，它们每年平均下降的高度约为2.5公里，根据星座卫星运营方案，在15年内这些卫星将全部更换一遍，那么就意味着总共下降的高度在50公里以内，15年也属于人造卫星普遍的运行“寿命”，因此不需要额外的轨道维持策略。

但是，从去年12月份到今年5月份的监测数据可以看出，这些卫星的下坠速度，换算成每年的数据，突然激增到20多公里，几乎达到了之前的10倍。与此同时，包括国际空间站、其他很多轨道高度在500公里以内的近地人造卫星，都发现了此类情况。当这些情况被监测到以后，刚开始时让科学家们感到困惑不已，似乎受到了某种非人力可以探测的力量所控制。

出现这种问题的原因

今年2月份，美国SpaceX公司新发射的40多颗星链卫星，由于受到强烈的地磁暴影响而纷纷坠落地球大气层所损毁，这个事件的发生，一下子让人们“茅塞顿开”，原来是地磁暴惹的祸，而地磁暴的产生，直接来源就是太阳活动强度的增强。

当太阳活动增强时，从太阳喷出的太阳风中所包含的带电粒子数量和密度会大大增加。虽然到目前为止，地球大气层的上层与太阳风的相互作用过程中，有很多复杂的物理机制科学家们仍然没有完全破解，但是可以肯定的是，这种相互作用过程，会导致地球大气层的整体上移，即密度更大的空气会上移到更高的高度，从而使高层大气的密度明显增大，造成人造卫星特别是低轨卫星运行时受到的阻力增大。

阻力增大，意味着人造卫星的运行线速度会变低，而按照天体万有引力相关原理，当围绕一个天体作圆周运动的物体，其运行速度变低时，要想继续维持稳定的圆周运动，那么其轨道高度必然要降低，从而形成一种“恶性循环”，直到这种稳定的“动态关系”被打破，最终向地面“无限坠落”。

从多年的天文监测数据来看，太阳活动强弱的一个明显标志就是表面太阳黑子数量的多少，而且呈现每11年一个周期的规律。上一个周期于 2019 年 12 月正式结束，那时候每月的太阳黑子数量低于平均水平，并且在较长的时间内，太阳表面几乎观测不到任何活动。而从去年秋季以来，太阳开始“苏醒”了，喷发出越来越多的太阳风，而且以越来越快的速度产生太阳黑子、耀斑以及日冕物质抛射。

从目前监测的情况看，太阳表面的太阳黑子数量，仍然呈数量不断增长、规模不断扩大的趋势，其中有一些太阳黑子的直径可以达到数万公里，黑子的活跃强度达到了M级。通过预测，科学家们判断，此次太阳进入活跃季所能达到的最高强度，总体上看属于中等偏上的水平，几乎不会出现历史上“卡林顿”事件那么强烈的影响，不过，偶尔比较强烈的地磁暴，仍然会对人造卫星的通讯和运行等产生一些较大的影响。比如，这次的低轨卫星“集体”快速下降，就是地球的高层大气受到太阳活动的影响所致。

有没有应对之策？

经科学家们判断，在如此强烈的太阳风暴影响下，几乎所有500公里以内的人造卫星和航天器，都不可避免地出现轨道高度下降的问题，特别是在250公里高度左右的人造卫星，所受到的冲击最大。

当然，对于轨道高度在400公里左右的航天器，比如国际空间站和我国的天宫空间站，也会受到影响，不过这两个空间站拥有先进的动力系统和姿态调整系统，可以通过及时启动相应发动机装置来修正运行轨道，因此总体上看问题不大。

但是，对于大多数的人造卫星来说，并不具备动力推进系统，因此在受到强烈太阳风暴的影响下，轨道降低的这个后果并没有好的办法来解决，只能眼睁睁地看着它们不断向地球大气层坠落，甚至很多卫星，在太阳还没有重新进入到活动的最小期之前，就已经坠入大气层而焚毁了。

有无积极影响？

虽然这种严酷的太阳活动，对人造卫星的运行来说是个坏消息，很多卫星的使用寿命会缩减，即使是一些带有推进装置的卫星，也会因频繁地提升高度而更快地消耗完燃料，但是总体来看，这种情况对于近地轨道的空间净化还是起到一定的积极作用的。

近几十年来，随着人造航天器发射的不断加快，特别是以SpaceX为代表的商业运营公司，大批量、高数量地密集发射人造卫星，使得近地轨道上的空间资源越来越紧张，同时也使得地球上空的废旧卫星、废弃火箭残骸、碰撞碎片等充斥在地球上空，形成了越来越密集的“太空垃圾”，这些“垃圾”不但威胁着在用卫星和航天器的安全，同时也严重干扰地面望远镜进行太空观测以及一些新的发射活动。

而太阳活动的增强，从另外一个角度考虑，这些太空“垃圾”自然也会受到影响，从而大大降低它们在近地轨道上的飞行时间，从而在更短的时间内坠入地球大气层而焚烧完毕，相当于给近地轨道进行了一次高效的“清洁服务”。