SpaceX催生首次太空垃圾空气污染，100公里高处锂浓度暴涨10倍

人类首次直接测量到太空垃圾重返大气层造成的污染，这一污染正是由大家熟悉的 SpaceX 公司导致。整个地球大气层每天接收的天然锂只有大约 80 克，而一枚 SpaceX 公司的猎鹰 9 号火箭光锂就有 30 公斤。这 30 公斤锂在 100 公里高处被释放处理，一部分立马和氧气反应变成氧化锂，沉入更低的大气层。但还有一小部分以原子形态漂浮在中间层随风飘荡。

2026 年 2 月 19 日，关于这一研究的论文正式发布在地球环境期刊 Communications Earth & Environment，论文作者是德国莱布尼茨大气物理研究所的研究人员。研究中，他们使用激光在 96 公里高空抓到一团锂云，那是在抓到这团锂云的 20 小时之前猎鹰 9 号解体留下来的痕迹。

这一切要从 2025 年 2 月 19 日也就是一年前说起，当天凌晨欧洲上空出现了一幕奇观。一枚 SpaceX 的猎鹰 9 号火箭第二级失控重返大气层，拖着长长的火焰划过爱尔兰、英国和德国的夜空。无数人抬头仰望，有人拍下视频，有人捡到碎片。一个小镇居民甚至在一个仓库后面发现了一块 1.5 米长的燃料罐残骸。

（来源：Bennett Theile）

这件事当时上了新闻，然后就被遗忘了。但是，德国莱布尼茨大气物理研究所的研究人员在新闻里看到了另一件事，他们连夜打开激光雷达对准天空并开始等待。20 小时后，他们等到了一个信号。这个信号最终变成了本次论文，并首次告知世人：他们真的测到了太空垃圾造成的空气污染。

（来源：德国莱布尼茨大气物理研究所 / Gerd Baumgarten）

那天夜里到底发生了什么？先来说说猎鹰 9 号。这枚火箭的第二级在完成任务后，没能按照计划坠入南太平洋，而是失控掉头并以大约每小时 2.8 万公里的速度扎进大气层。这个速度有多快？从爱尔兰西海岸到波兰累计 1,500 公里，它只用了两分半钟。

火箭在距离地面 100 公里左右的高度开始解体。这个高度被称为中间层，再往上就是太空，再往下就是人类生活的天空。100 公里处的空气虽然稀薄，但对于以如此高速冲进来的金属物体来说，已经足够把它烧成火球。

火箭的壳体由铝锂合金制成，还搭载了锂离子电池。当温度升到 933 开氏度也就是大约 660 摄氏度，铝开始融化，里面的锂原子被释放出来。

锂是一种很特殊的金属。它在自然界大气层里极少存在。每天从外太空坠入地球的流星体，也会带来一些金属元素，比如钠、铁、镁，但是锂的含量微乎其微。

图 | 激光雷达测量锂羽流（来源：相关论文）

前面提到，猎鹰 9 号火箭释放出来的一小部分锂以原子形态漂浮在中间层随风飘荡。研究人员盯上的就是这一小部分。他们使用的设备叫做共振荧光激光雷达，背后原理可以简单理解为向天空发射一束特定波长的激光，如果空气中存在某种元素，它的原子会吸收激光能量再发射回来，就像回声一样。通过分析回声的强度和时间，就能知道这种元素有多少以及在多高的地方。

研究人员选择锂作为目标，就是因为它在天上几乎不存在，只要有信号就一定是人造的。2025 年 2 月 20 日凌晨 0 点 21 分，信号来了。在 96 公里的高度，锂原子的密度突然飙升到平时的 10 倍。这个异常区域的厚度只有两公里多，宽度为几十公里，在激光雷达的屏幕上一清二楚。信号持续了至少 40 分钟，直到准备的燃料用完研究人员才停止观测。

但是问题来了：如何证明这团锂云真的来自猎鹰 9 号？毕竟火箭在爱尔兰西海岸烧毁，研究人员在德国东部测到信号，中间隔着 1,600 公里。后来，他们使用了反向追迹这一方法。

具体来说，他们使用一款名为 UA-ICON 的大气环流模型，模拟出来了过去 20 个小时之间 96 公里高度风的流向和速度。然后，从德国上空开始往回倒推，看看这团空气 20 小时之前到底在哪里。

计算结果显示：2025 年 2 月 19 日凌晨 3 点 42 分左右，这团空气正好位于爱尔兰西海岸处的 100 公里高处。同一时刻，猎鹰 9 号的残骸正拖着火焰穿过那个点。时间吻合，位置吻合，高度相差不到两公里。

图 | 太空污染测量示意图（来源：相关论文）

为了排除其他可能性，研究人员还检查了所有自然原因。比如，会不会是流星雨带来的？然而当时并没有大型流星雨。那么，会不会是电离层异常形成的金属层？为此，他们调用了附近地区的离子探空仪数据，结果却发现过去几个小时里根本没有明显的电离层扰动。再比如，会不会是电磁暴导致的？地磁指数却显示那几天非常安静。

所有证据都指向同一个结论：那团锂云就是猎鹰 9 号的遗骸。这意味着人类第一次直接测量到了太空垃圾重返大气层造成的污染。而且这个污染不是微量的，是可测的、清晰的、能够追踪到具体来源的。

（来源：相关论文）

这会带来什么影响？猎鹰 9 号只是一枚火箭。而 SpaceX 的星链计划要部署 4.2 万颗卫星，每颗卫星在 5 到 7 年后就要退役重返大气层。亚马逊的柯伊伯计划也要发射 3,000 多颗。再加上其他国家的，一共有实际十几万颗左右。

这些卫星绝大多数由铝合金制成，有些还包含铜、钛、银甚至金。每颗卫星重几百公斤，十几万颗就是几万吨金属。它们最终都要回到大气层，烧成金属蒸汽，飘散在全球的天空里。

几年前，就有科学家在高空飞机上采集平流层气溶胶，发现直径大于 120 纳米的颗粒里，有大约 10% 含有卫星烧蚀留下来的金属成分。之前研究用的是飞机，飞不到 60 公里以上，只能测到已经沉降下来的颗粒。而本次研究人员使用的是激光雷达，直接测到了在 100 公里高处漂浮的原始污染。

更让人担心的是铝。铝和氧会生成氧化铝，氧化铝是消耗臭氧的催化剂。当年人们使用氟利昂捅穿了臭氧层，花了三十年才补上。现在每年几百吨氧化铝被注入平流层，会产生什么后果，目前没人能够说得清。

还有那些稀有金属，比如电子设备里的金、银、铂，火箭发动机里的铌、钼，电池里的锂和钴。这些元素在自然界大气层里几乎不存在，现在却开始以每年几十吨的量被倾倒进来。它们会参与什么化学反应？会不会改变高云的形成？会不会影响地球反射阳光的能力？这一切全是未知数。

正因此，研究人员认为他们现在做的，有点像 20 世纪 70 年代科学家刚开始监测氟利昂时做的事。那时没人会预见到南极上空会出现臭氧洞，等发现了再行动已经晚了二十年。因此，研究人员希望从现在就开始监测太空垃圾的污染，在问题变得严重之前，给人类争取到一些反应时间。

参考资料：

相关论文https://doi.org/10.1038/s43247-025-03154-8

https://www.space.com/space-exploration/launches-spacecraft/scientists-measure-air-pollution-from-reentering-spacex-rocket-in-real-time-its-never-been-done-before

https://www.bbc.com/news/articles/cpd8z4eqlxno

排版：胡巍巍