科学家乘私人飞机追踪卫星再入大气层，研究太空碎片燃烧污染

IT之家 9 月 9 日消息，一组研究人员搭乘私人飞机，追踪了两颗重返大气层的卫星，以此研究太空碎片在地球大气中燃烧所产生的污染。

本次观测的卫星是欧洲空间局（ESA）的探戈号（Tango）与桑巴号（Samba），二者曾和已经脱离轨道的伦巴号（Rumba）、萨尔萨号（Salsa）共同组成“星簇”星座。这四颗卫星过去用于研究地球磁场与太阳风之间的相互作用。在服役 25 年后，欧洲空间局借探戈号与桑巴号受控再入大气层的机会，帮助科学家研究卫星在螺旋坠落地球的过程中解体、燃烧时会发生什么。

这支国际研究团队对两次卫星再入过程展开了追踪，两次事件相隔一天，分别发生在 8 月 31 日和 9 月 1 日，地点位于南太平洋上空，距离波利尼西亚汤加群岛数百英里。

研究的目标是弄清卫星解体的全过程，以及该过程会产生哪些化学物质。尽管 SpaceX、亚马逊、蓝色起源等企业计划在未来十年向太空发射海量卫星 —— 仅 SpaceX 就计划发射 10 万颗星链 V3 卫星，但人类对于卫星再入大气层会对地球大气造成何种影响，所知甚少。研究人员目前仍无法确定哪些航天器可以完全烧尽，又会有多少碎片坠落到地面，威胁生命与财产安全。

Astros Solutions 首席执行官、本次机上研究员伊日 · 希尔哈（Jiří Šilha）在接受 Space.com 采访时表示：“我们想要了解这些天体穿过大气层时会发生什么，大气摩擦会产生极高温度。我们知道卫星会碎裂成小块，随后在大气中熔化。”

欧洲空间局的测控人员提供了精确轨道计算数据，研究人员据此追踪再入航天器。测控人员在卫星坠入大气层前的最后一刻，仍保持着与航天器的通信连接。

希尔哈称，虽然卫星再入发生在白天，但机上人员仅凭肉眼就能观测到，卫星燃烧形成了持续数十秒的壮观火球。

希尔哈说：“火流星与普通流星往往只持续数秒甚至更短时间，但卫星速度更慢。它们以更小的倾角进入大气层，大气会进一步降低它们的速度。”

不过研究团队此行的目的是开展科学观测，并非观赏天象。这是一次难得的机会：星簇星座卫星的轨道轨迹已经被精确掌握，科学家得以提前准备，在准确的时间抵达指定位置，在仅几百英里外观测卫星解体。

据IT之家了解，这架小型商用公务机搭载了 30 台相机与配备特殊滤光片的光谱仪。这些设备不仅可以记录卫星解体的全过程，还能捕捉卫星壳体燃烧释放出的各类化学元素光谱信号。

8 名科学家挤在光线昏暗的机舱内，透过飞机的 6 扇舷窗操作仪器，飞行员则驾机前往欧洲空间局分析人员预测的卫星解体区域附近。

希尔哈描述：“我们朝着目标飞行，一开始，材料烧蚀产生的光点看起来是一团紧凑光源。在某个瞬间，卫星突然发生解体爆炸。”

地面观测会被云层遮挡，而飞机观测可以避开云层；同时飞机还能绕开最厚的大气层，避免大气扭曲测量数据。卫星冲入高层大气时速度高达 22370 英里 / 小时（36000 千米 / 小时），在急速下坠的过程中不断减速，飞机靠近到距离卫星约 75 英里（120 千米）的位置开展观测。

希尔哈介绍：“我们在卫星高度约 90 千米时开始观测，到高度 65 至 70 千米时，目标就看不见了。爆炸后的三四十秒内，可以看到大量碎片在大气中烧蚀，形成很特别的结构。之后这些碎片要么完全烧尽，要么持续减速。”

希尔哈表示，相机拍到了数十块碎片，细节达到前所未有的水平。

研究团队还尝试追踪钛、钠、钾等 7 种卫星燃烧释放的化合物。团队格外关注铝元素，卫星壳体的主要成分就是铝。铝并非地球大气天然存在的物质，在燃烧过程中极有可能生成氧化铝。科学家担忧大气中氧化铝浓度升高，可能会导致平流层臭氧损耗。

希尔哈说：“我们使用专用滤光片，在不同高度测量铝元素，以此判断铝与大气发生反应的阶段，这很可能就是氧化铝生成的时刻。这一过程此前从未被观测到，我们还不清楚氧化铝具体的生成方式与生成量。”

接下来研究人员将分析所有数据，精确还原卫星解体燃烧每一秒发生的化学反应。这些数据能够帮助大气物理与大气化学研究者优化模型，进一步理解持续扩张的卫星产业未来可能给地球及其气候带来的潜在影响。

希尔哈说：“这些数据可以用来验证模型是否符合真实情况。”

该团队曾在 2024 年 9 月追踪星簇四颗卫星中第一颗再入的萨尔萨号（Salsa）。从那次任务中获得的经验，帮助团队这次能够更近距离观测探戈号与桑巴号，获取更多、精度更高的数据。