探索宇宙奧秘 · 理性思考

2025年2月20日凌晨，德國北部的激光雷達(dá)屏幕上突然跳出一組異常數(shù)據(jù)。大氣中鋰原子濃度瞬間飆升至正常值的十倍，仿佛有人在高空撒下一把化學(xué)熒光粉。研究團(tuán)隊(duì)起初以為是儀器故障，但后續(xù)分析證實(shí)，這是人類首次直接捕捉到太空碎片再入大氣層留下的化學(xué)“指紋”。

德國不萊梅大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)使用地面激光雷達(dá)監(jiān)測低熱層。這個區(qū)域位于海平面以上85至120公里，介于中間層與熱層之間，是大氣層最神秘的過渡帶之一。

當(dāng)?shù)貢r間00:20，儀器檢測到鋰原子濃度突然激增。這片鋰云厚度約3公里，從97公里高度延伸至94公里，持續(xù)存在了整整27分鐘。在自然狀態(tài)下，這個高度的鋰含量微乎其微，通常只有來自宇宙射線轟擊或流星燒蝕的痕量貢獻(xiàn)。

激光雷達(dá)通過發(fā)射特定波長的激光脈沖并分析回波，能夠精確識別特定元素的原子譜線。這次觀測的靈敏度達(dá)到了單原子層級的探測能力，為后續(xù)溯源提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

研究團(tuán)隊(duì)沒有停留在現(xiàn)象記錄。他們調(diào)用了高分辨率大氣風(fēng)場模型，對鋰云進(jìn)行逆向軌跡推算。計(jì)算結(jié)果指向一片位于愛爾蘭以西的大西洋空域。

時間回溯20小時，一枚獵鷹9號（Falcon 9）二級火箭恰好在該區(qū)域失控再入。這枚火箭此前執(zhí)行過發(fā)射任務(wù)，其殘骸未做受控離軌處理，以無控方式墜入大氣層。

進(jìn)一步的大氣化學(xué)模擬排除了自然來源的可能性。流星體雖然也會帶來金屬元素，但其成分比例與這次觀測到的純鋰特征不符。這是人類歷史上首次將高層大氣的特定化學(xué)污染直接關(guān)聯(lián)到具體的航天器殘骸。

傳統(tǒng)空間碎片研究長期聚焦于碎片撞擊風(fēng)險與再入落區(qū)安全?？茖W(xué)家主要計(jì)算殘骸能否完全燒蝕，以及未燃盡部件是否會砸向地面。至于燒蝕過程中釋放的化學(xué)物質(zhì)如何改變高層大氣成分，此前幾乎是一片空白。

獵鷹9號火箭使用鋁鋰合金制造儲箱，并配備鋰基電池系統(tǒng)。當(dāng)火箭以每秒數(shù)公里的速度再入時，表面溫度飆升至數(shù)千攝氏度，金屬部件汽化后注入中間層和低熱層。隨著全球發(fā)射頻率激增，僅SpaceX的星鏈計(jì)劃每年就產(chǎn)生數(shù)十次火箭殘骸再入事件。

這次發(fā)現(xiàn)揭示了一個被忽視的環(huán)境效應(yīng)：人類正在向地球上層大氣持續(xù)注入工業(yè)級化學(xué)元素。這些污染物可能參與光化學(xué)反應(yīng)，影響臭氧層平衡，或改變電離層的電導(dǎo)特性。

中國作為全球航天發(fā)射第二大國，長征系列火箭年均發(fā)射量已突破60次，空間站建設(shè)、北斗導(dǎo)航、遙感星座等任務(wù)密集實(shí)施。與獵鷹9號類似，我國部分火箭型號也使用鋁鋰合金材料，同樣面臨再入燒蝕的化學(xué)釋放問題。

在監(jiān)測能力方面，中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所已部署多臺高光譜分辨率激光雷達(dá)，具備探測中層大氣金屬層的能力。2023年，我國曾利用類似設(shè)備捕捉到流星余跡中的鐵、鈉元素分布，技術(shù)儲備與德國團(tuán)隊(duì)處于同一梯隊(duì)。

更具前瞻性的是，中國早在2016年就發(fā)射了"遨龍一號"空間碎片主動清除飛行器，驗(yàn)證在軌捕獲與離軌技術(shù)。目前，星際榮耀、藍(lán)箭航天等商業(yè)航天公司正在研制可重復(fù)使用火箭，通過垂直著陸技術(shù)從根本上減少殘骸再入事件。

針對再入污染的基礎(chǔ)研究仍顯薄弱。國內(nèi)尚未建立系統(tǒng)性的火箭殘骸化學(xué)特征數(shù)據(jù)庫，也缺乏對再入燒蝕產(chǎn)物擴(kuò)散路徑的長期監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。這次德國發(fā)現(xiàn)為我國敲響了警鐘：在大力發(fā)展航天事業(yè)的同時，必須建立高層大氣化學(xué)環(huán)境監(jiān)測體系。

從1960年代第一枚運(yùn)載火箭升空，到如今每年數(shù)百次發(fā)射，人類活動范圍已從地表延伸至近地空間。這枚獵鷹9號火箭在90公里高空留下的鋰云，標(biāo)志著太空時代進(jìn)入了一個新階段：我們不僅要關(guān)心火箭能否安全上天，更要追蹤它化作青煙后的化學(xué)遺產(chǎn)。

Wing, R. et al. Measurement of a lithium plume from the uncontrolled re-entry of a Falcon 9 rocket. Communications Earth & Environment (2026). DOI: 10.1038/s43247-025-03154-8