地震波数据如何帮助科学家追踪定位坠落地球的太空物体？

简要

太空碎片包括数千颗失效卫星、废弃火箭残骸以及碰撞或爆炸产生的碎片，它们以超过每小时27000公里的速度绕地球运行。这些日益增多的人造垃圾对运行中的航天器构成碰撞风险，而且当引力最终将较大的碎片拉入大气层时，坠落的碎片有时会完整地重返大气层，从而威胁到地面人员的安全。

那么太空垃圾坠落地球真的无法跟踪和治理吗？

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进入地球大气层的太空碎片速度超过音速，因此会产生音爆或冲击波，类似于战斗机产生的冲击波。当碎片高速冲向地球时，冲击波产生的振动会在其后方拖曳，震动地面并触发沿途的地震仪。通过绘制被激活的地震仪分布图，研究人员可以追踪碎片的运动轨迹，确定其运动方向，并估算其可能的着陆点。

约翰·霍普金斯大学的本杰明·费尔南多意识到这蕴藏着一个意想不到的机会。他建议，利用用于探测地震的地震仪网络，通过监听这些独特的冲击波来追踪坠落的太空垃圾。

费尔南多着手解决的问题日益紧迫。去年，每天都有多颗卫星进入地球大气层，但当局缺乏独立核实手段来确定它们的实际着陆点、是否解体，以及是否有有毒碎片最终落到地面。目前的追踪方法依赖于雷达测量不断衰减的轨道来预测卫星进入大气层的位置，但在最糟糕的情况下，这些预测可能会出现数千公里的误差。

“卫星再入大气层的事件越来越频繁。去年，每天都有多颗卫星进入地球大气层，但我们无法独立验证它们的进入地点、是否解体、是否在大气层中燃烧殆尽，或者是否最终坠落到地面，”论文第一作者本杰明·费尔南多

通过分析这些地震读数的强度和时间，研究人员重建了该模块的整个轨迹，计算了其速度和高度，并精确定位了其解体位置。他们的地震数据显示，该模块的实际路径位于美国太空司令部预测轨迹以北约40公里处，这一显著差异表明了更精确的跟踪的重要性。

其意义远不止于确定坠机地点。坠落的碎片往往会产生有毒颗粒物，这些颗粒物会在大气中停留数小时，并随天气变化漂移，使远离撞击区的居民暴露于其中。了解碎片的实际轨迹有助于当局追踪这些污染物的扩散路径，并识别面临风险的社区。

快速回收着陆残骸对于处理危险物质尤为重要。费尔南多以1996年俄罗斯火星96号探测器为例，该探测器携带了一个放射性电源。尽管人们一度认为该电源已完全烧毁，但科学家后来在智利的一处冰川中发现了人造钚，这表明电源在下降过程中破裂并污染了该区域。当时，残骸的具体位置从未得到确认。

这种新型地震追踪方法能够提供近乎实时的信息，是对现有雷达数据的补充，使当局能够独立验证太空碎片实际的坠落位置，而非模型预测的位置。随着卫星发射的加速和轨道碎片的不断累积，此类追踪工具对于保护人类和环境免受太空垃圾坠落的危害变得日益重要。

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