太空垃圾焚毁时所产生的氧化铝颗粒正在侵蚀地球的臭氧层
当已发射了数千颗提供互联网服务的卫星的使用寿命结束时，它们在地球大气层中焚烧产生的残留物将引发化学反应，消耗平流层臭氧。当过时的卫星重返地球大气层并解体时，它们会释放出细小的氧化铝颗粒，这些颗粒会侵蚀地球的臭氧层。最近的一项研究显示，从 2016 年到 2022 年，这些微粒的存在量激增了八倍，而且随着低地轨道卫星数量的不断增加，预计还会继续上升。
数以千计的卫星被部署到"巨型恒星"中，以满足对全球互联网服务日益增长的需求，还有更多的卫星计划在不久后发射。然而，这些小巧的卫星运行寿命很短，而且在重返大气层时会释放出对臭氧层有害的污染物。最近发表在《地球物理研究快报》上的一项研究首次量化了这种污染的程度。图片来源：SpaceX/公有领域
1987 年《蒙特利尔议定书》成功管制了破坏臭氧层的氯氟化碳，保护了臭氧层，缩小了南极上空的臭氧空洞，并有望在未来五十年内恢复。然而，氧化铝的意外增加可能会打断未来几十年在臭氧恢复方面取得的进展。
在低地球轨道上的8100 个物体中，有 6000 个是过去几年发射的 Starlink 卫星。对全球互联网覆盖的需求推动了小型通信卫星群发射的快速增长。SpaceX公司是这项事业的领跑者，已获准发射另外 12,000 颗 Starlink 卫星，计划发射多达 42000 颗卫星。研究报告的作者说，亚马逊和全球其他公司也在计划发射 3000 到 13000 颗卫星。
低地球轨道上的互联网卫星寿命很短，约为 5 年。随后，公司必须发射替代卫星来维持互联网服务，这就延续了计划内淘汰和计划外污染的循环。
氧化铝引发的化学反应会破坏平流层臭氧，而臭氧可以保护地球免受有害紫外线的辐射。氧化铝不会与臭氧分子发生化学反应，而是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，因此它们可以在平流层中漂移数十年，继续破坏一个又一个臭氧分子。
然而，人们很少关注卫星落入高层大气并燃烧时形成的污染物。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，如火箭燃料的释放。这项新研究由南加州大学维特比工程学院的一个研究小组完成，作者说，这是对高层大气中这种长寿命污染程度的首次实际估计。
新研究的通讯作者、南加州大学宇航学研究员约瑟夫-王（Joseph Wang）说："直到最近几年，人们才开始认为这可能会成为一个问题。我们是最早研究这些事实可能带来的影响的团队之一。"
这项研究发表在开放获取的 AGU 期刊《地球物理研究快报》上，该期刊发表的都是影响力大、格式短小、对地球和空间科学有直接影响的报告。
由于实际上不可能从正在燃烧的航天器上收集数据，以前的研究使用对微流星体的分析来估计潜在的污染。但是微流星体中的铝含量很少，而铝是占大多数卫星质量 15%-40%的金属，因此这些估计值并不适用于新的"蜂群"卫星。
为了更准确地了解卫星重返大气层所造成的污染，研究人员对卫星材料的化学成分和内部键在分子和原子水平上的相互作用进行了建模。研究结果让研究人员了解了材料在不同能量输入下的变化情况。
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增加了 29.5%。建模显示，一颗典型的 250 千克（550 磅）卫星如果有 30% 的质量是铝，那么它在重返大气层的过程中将产生约 30 千克（66 磅）的纳米氧化铝颗粒（大小为 1-100 纳米）。这些微粒大多产生于距离地球表面 50-85 公里（30-50 英里）的中间层。
研究小组随后根据颗粒大小计算出，氧化铝需要长达 30 年的时间才能漂移到平流层高度，而地球上 90% 的臭氧都位于平流层。
研究人员估计，到目前计划的卫星星座完成时，每年将有 912 公吨（1005 美吨）铝落到地球上。这将每年向大气层释放约 360 公吨（397 美吨）氧化铝，比自然水平增加 646%。
编译来源：ScitechDaily
