周一 · 知古通今|周二 · 牧夫專欄

周三 · 太空探索|周四·觀測指南

周五·深空探索|周六·茶余星話|周日·視頻天象

原文鏈接：https://www.universetoday.com/articles/were-putting-lots-of-transition-metals-into-the-stratosphere-thats-not-good

編譯：齊岳

校對：牧夫天文校對組

后期：王啟儒

責任編輯：王啟儒

儒勒·凡爾納號航天器再入大氣層時解體的景象。

圖片來源：NASA/ESA/Bill Moede and Jesse Carpenter

1985年5月16日，三位英國的科學家將自己的觀測發(fā)現和結論發(fā)表在《自然》雜志，文章清晰地表明南極洲上空的大氣臭氧層出現了一個空洞。

時間來到1986年，美國科學家發(fā)表的一篇論文證實并確認氯氟烴是南極洲臭氧層破壞的直接原因。1987年，197個國家和歐盟簽署了世界上第一個全球環(huán)境條約——《蒙特利爾議定書》，共同逐步淘汰了氯氟烴。《條約》讓我們成功堵上了臭氧層空洞。然而，我們也許正在無意間制造另一場潛在的大氣層災難。布倫瑞克工業(yè)大學的研究團隊指出，人造衛(wèi)星在大氣層中焚毀時釋放的物質，尤其是過渡金屬（元素周期表中d區(qū)的一系列金屬元素），可能會對大氣化學產生無法預料的影響。

實際上，火箭殘骸和退役的人造衛(wèi)星總質量也不過是每年撞擊地球的流星質量的7%。但是，由于航天器主要由金屬做成，而流星主要是硅酸鹽，所以我們經由航天器注入大氣的金屬量占自然原因的16%。

這聽起來也許并不多，但對于其中一些元素，其貢獻量可是高得驚人。2015年，有18種大氣中的元素的主要來源是人類活動所產生的。2024年，這個數字一躍至24種。在未來的幾十年中甚至可能增加到30種，而我們將是這些元素豐度上漲的主要原因。

過渡金屬元素在元素周期表中的位置

其中的一些元素在地球上相對常見，例如鋰和錫，它們不會對大氣產生什么重大影響。然而，另一些是所謂的“過渡金屬”，它們具有催化活性。這些元素在大氣中的累積會催化某些反應，進而對大氣化學產生毀滅性的影響。這些元素包括在幾種建造航天器所需的基本材料中，比如銅（銅接線和PCB走線）以及鈦（結構支撐部件）。

根據該論文的計算，這些元素的注入量在過去十年中翻了一倍多，主要是由于星鏈（Starlink）和柯伊伯（Kuiper）這樣的巨型衛(wèi)星星座的出現。這種巨型星座的人造衛(wèi)星被有意設計成在工作幾年后就墜入大氣層燒毀自身。雖然這或許能解決廢棄的太空垃圾可能變成危險子彈的問題（即凱斯勒現象），但是也同時造成了擾亂大氣化學的潛在問題。

團隊成員在文中估計，這些他們稱之為“太空垃圾”的物質會以三種不同的方式影響環(huán)境。首先是通過催化會破壞臭氧的反應來直接造成影響——就如同70和80年代的氯氟烴那樣。第二，是作為云形成的“種子”，潛在地改變大氣中某些地方云的形成過程，進而顯著影響云層下方的天氣。第三個風險是大氣中顆粒物的輻射效應。它們可以反射或捕獲太陽的熱量，以難以察覺的方式冷卻或加熱大氣。事實上，其原理就是地理工程學中被提出用于解決氣候變化的可能解決方案之一。

太空垃圾概念圖

較為悲觀的是，文中還討論了處理太空垃圾的不同選擇，但幾乎所有情況都會加劇過渡金屬的問題。

事實是，我們還未很好地理解這些元素對大氣到底有什么樣的影響。沒有人研究過鈦如何通過催化來耗盡臭氧，也沒人研究過漂浮在平流層的鋰如何反射陽光。正如論文的作者們指出的那樣——如果我們打算長期使用巨型衛(wèi)星星座，就必須研究可能帶來的影響，特別是在這些衛(wèi)星單個部件的壽命只有五年的情況下。研究人員能否獲得相關的資助尚待觀望，但鑒于我們已目睹其他化學物質引發(fā)類似問題，或許這次我們應當未雨綢繆。

——The End——

『天文濕刻』 牧夫出品

微信公眾號：astronomycn

銀河升起于杜德爾門

Image Credit: Anthony Sullivan

牧夫

薦書

“太空的一天”系列以太空中的“一天”為時間線，給讀者講述了20 余個航天器在太空中的一天的故事。本套書為孩子呈現了浪漫、廣袤又充滿神秘的宇宙畫卷，用擬人化的手法展現了在太空中工作和旅行的航天器角色，用故事串聯(lián)起航天科普知識，讓孩子在唯美清新的插畫、幽默風趣的故事中學習前沿的科學文化知識。

兩年手繪巨制

呈現最美宇宙

謝謝閱讀