火箭再入大气层污染影响臭氧层与大气

火箭再入污染将锂原子、金属碎片和气溶胶引入中间层（mesosphere）和低热层，可能破坏臭氧层并改变地球的热平衡。2026 年 2 月发表的一项开创性研究，直接将 2025 年检测到的显著锂烟羽与 SpaceX Falcon 9 火箭级的无控再入联系起来。这一事件代表了科学家首次成功测量出空间硬件在高层大气稀薄空气中解体所留下的精确化学“足迹”。

火箭再入污染对环境有哪些影响？

火箭再入过程向中间层释放锂原子、金属和其他污染物，正如在一次 SpaceX Falcon 9 事件后观察到的那样，导致锂浓度增加了十倍。这些排放物可能会破坏臭氧层，改变热平衡，并形成使高层大气变暖的气溶胶。这些非自然化学物质的长期积累仍然是大气科学家主要关注的问题。

空间硬件的解体此前被认为是一个相对“干净”的过程，因为物体在撞击地面之前就已气化。然而，来自 Leibniz Institute of Atmospheric Physics 的研究人员发现，这种气化只是将火箭的质量重新分配到了高层大气中。这种金属蒸汽的突然注入会破坏中间层（距海平面约 50 至 85 公里）和低热层（最高可达 120 公里）微妙的化学平衡。与天然的流星尘埃不同，这些人为输入是集中的，且发生频率越来越高。

激光雷达技术如何检测大气污染？

激光雷达（LIDAR）技术通过向天空发射高频激光脉冲并测量从特定原子种类反射回来的光来探测大气污染。研究人员利用这些共振信号识别出高度在 100 公里处的锂烟羽，并将其污染溯源至特定的 SpaceX Falcon 9 再入事件。这种基于地面的方法可以实时精确监测化学变化。

这项由研究员 Robin Wing 领导的研究，利用位于德国北部的先进 LIDAR（激光探测与测距）系统，在 2025 年 2 月 20 日 UTC 时间 00:20 后不久对天空进行了扫描。团队观察到锂原子浓度明显上升，达到了当天早些时候记录的正常基准值的十倍。这一特定的锂层在仪器的视场中持续了大约 27 分钟，使团队能够收集到关于烟羽垂直范围和密度的高分辨率数据。通过将这些测量结果与大气风场模型相结合，他们证实了其来源是 20 小时前在大西洋上空再入的 SpaceX Falcon 9 火箭级。

卫星发射的增加会加剧高层大气污染吗？

随着未来十年计划有数千个废弃物体脱离轨道，卫星发射的增加可能会加剧高层大气污染。预测显示，到 2030 年，锂、铝和烟尘的累计释放可能会减缓臭氧层的恢复并影响气候相互作用。目前太空交通的增长是在缺乏对高层大气化学排放进行全面监管的情况下发生的。

从传统的铝基碎片向现代航天器中更复杂的金属合金的转变，使环境前景变得复杂。锂在高科技航空航天部件中越来越常见，它的检测可以作为其他不易察觉污染物的“矿井金丝雀”。随着轨道上物体数量和发射频率的增加，再入大气的材料总质量也成比例增长。这一趋势表明，人为对高层大气的“负载”可能很快就会超过来自流星的自然输入，从而引发了关于太空可持续性（space sustainability）的紧迫问题。

大气消融过程

消融（Ablation）是固体火箭部件在再入过程中转化为大气气体的主要机制。当 SpaceX Falcon 9 火箭级下降穿过高层大气中日益稠密的空气时，极端的摩擦产生了足以使金属结构气化的高温。这个过程将固体锂和其他合金转化为原子和离子的微细薄雾。虽然其中一些物质最终可能会沉降，但许多物质会长期悬浮在中间层中，在那里它们可能参与影响大气热结构的复杂催化反应。

• 锂：由于其在热层中自然含量极低，被用作示踪剂。
• 铝：太空碎片中最常见的金属，已知会形成反射阳光的氧化铝颗粒。
• 烟尘/黑碳：由火箭发动机和再入加热释放，导致局部变暖。

未来研究与全球标准

科学家们现在强调需要建立一个全球监测网络，以追踪日益增长的航天工业的化学足迹。虽然 2025 年的探测是一个成功的案例研究，但 Robin Wing 及其同事指出，许多物质经历了快速的化学转化，使得目前的 LIDAR 技术无法观测到。这意味着目前的测量可能只显示了总污染的一小部分。未来的努力将需要结合卫星观测和先进的大气化学建模，以全面评估对地球保护层的长期风险。

Leibniz Institute 的研究为空间机构和像 SpaceX 这样的私营公司敲响了警钟。随着我们迈向“巨型星座”和每周进行轨道发射的未来，环境影响的定义必须扩展到地球表面之外。保护中间层的完整性正成为大气科学的重要组成部分，以确保我们对星空的探索不会以牺牲维持我们生存的空气为代价。