夜空中,当有一道光倏然过,你的第一反应是什么?
“流星!许愿!”以前,这或许可行,但随着人对宇宙的探索越来越深入,今天,这道光很可能不再来自于自然天体,而是一颗正在坠落的人造卫星。也就是说,人类头顶的天空,不再仅仅是自然天体的栖息地,而是正在变成大型试验场,而其空间也自然而然正在变得越来越拥挤。
流星与疑似星链卫星解体
今天的天文摄影师,经常在拍下状似流星的过程后,再为如何分辨它而头痛。因此,媒体上多了许多类似“到底该如何分辨,这是传统意义上的流星,还是燃烧的太空垃圾?”的帖子。这或许看似有些滑稽,但实际上并不是个无端的问题,因为从天空中返回地球大气的废弃卫星,越来越多了。
“区分流星和太空垃圾最简单的方法就是看速度。来自太阳轨道的流星,即使是一个巨大的火球,也只会在天空中持续几秒,然后嗖地一下消失掉。而太空垃圾和飞机的角速度接近(它们实际速度比天上飞机快,但因为高度更高,所以视觉效果和飞机速度差不多),可能会在头顶停留几分钟。”哈佛-史密森尼天体物理中心的天体物理学家乔纳森·麦克道尔(Jonathan McDowell)在接受相关采访时表示,并且他坚定地说:“目前,每天都有1~2颗星链卫星坠落回地球。”
众所周知,星链(Starlink)是埃隆·马斯克的SpaceX公司提出的一项雄心勃勃的计划,目标是在近地轨道部署成千上万颗互联网卫星。于是,过去10年,低地球轨道正以前所未有的速度被填满。SpaceX的星链计划自2019年发射首批60颗卫星以来,已将超过9000颗通信卫星送入轨道。按照规划,最终部署规模可能突破3万颗。这些卫星设计寿命多为5~7年,到期后会被主动引导再入大气层焚毁,由新一代卫星接替。
星链计划概念图
麦克道尔估算,目前平均每天有1到2颗星链卫星坠落,未来这一数字可能升至每天5颗。因为除了正常“退役”,意外事件也在加速卫星的“提前谢幕”。2022年年初,一场强烈的太阳风暴扰动高层大气,导致40颗刚发射的星链卫星因阻力骤增而集体坠毁。2024年7月,一次猎鹰9号火箭二级故障致使20颗卫星进入错误轨道,最终全部被迫再入。这些事件虽未对地面造成威胁——绝大多数部件会在80公里以上的高空完全烧蚀——却让公众前所未有地意识到:我们头顶的轨道,正在变得异常繁忙。
这种繁忙背后,还隐藏着一个更深层的忧虑:轨道拥堵可能触发“凯斯勒综合症”。
这是美国航空航天局(NASA)科学家唐纳德·凯斯勒和比尔东·G·库尔-帕莱(Burton G. Cour-Palais)在1978年提出的理论预言,即当轨道物体密度达到临界值,一次碰撞将产生大量碎片,而这些碎片又会引发更多碰撞,形成无法控制的连锁反应。
重要的是,现实已多次验证这一风险。2009年,一颗在轨卫星与一颗报废卫星以11.7公里/秒的相对速度相撞,最终,两个物体却生成了2100块可追踪碎片。如今,国际空间站也不得不频繁调整轨道以规避潜在撞击。更有加拿大里贾纳大学(University of Regina)的科学家萨曼莎·劳勒(Samantha Lawler)估计:“几年之内,我们在夜空中看到的每16颗‘星星’中就有一颗可能是人造卫星。”
对天文学的发展而言,这场轨道扩张带来的干扰则更为直接——星链卫星在夜空中总是显得格外明亮,亮度足以在长曝光图像中留下刺眼的亮线,遮挡了暗弱的恒星、星系和遥远天体。学界普遍认为,这一问题会随着卫星数量的增加而急剧放大。卫星的大规模部署,可能会整体抬高夜空背景亮度,形成一种前所未有的“太空光污染”。尤其是那些用于大范围巡天的望远镜,它们往往在黄昏和黎明时段进行大量长时间曝光,而这正是卫星最容易被太阳照亮、最显眼的时间。
近期发表于《自然》(Nature)的一项研究进一步揭示,若未来低轨卫星总数达到50万颗,几乎所有大视场空间望远镜的观测都将受到污染。模拟显示,NASA的SPHEREx、欧空局的ARRAKIHS,以及中国巡天望远镜拍摄的图像中,高达96%会包含卫星反射光的干扰痕迹。就连哈勃这样窄视场的经典设备,也有三分之一的图像难以幸免。正如该研究负责人、NASA科学家亚历杭德罗·博尔拉夫所言,当寻找近地小行星的任务被卫星轨迹干扰,科学判断的准确性将面临严峻挑战。
此外,更少被讨论的是再入过程本身可能带来的环境影响。尽管卫星在大气层中“烧干净”看似无害,但其释放的金属微粒——尤其是铝——可能长期滞留在平流层,甚至长达数十年。研究表明,氧化铝能与氯化氢反应生成氯化铝,后者在阳光下极易分解并释放活性氯原子,进而破坏臭氧分子。另一方面,金属气溶胶还可能促进极地平流层云的形成,而这类云正是臭氧损耗反应的重要催化剂。
当“太空垃圾”塞满太空
不过也不用过分恐慌,毕竟“道高一尺,魔高一丈”,行业与监管层面正在做出反应。SpaceX已为部分星链卫星加装遮光罩,并尝试使用深色涂层降低反照率。天文学界则与航天企业展开合作,推动制定卫星亮度上限和轨道清理规范。
夜空如此明亮,也如此复杂:曾经象征浪漫与神秘的流星,如今可能只是人类技术文明的一次常规“清仓”。但这并不意味着诗意的终结,而是提醒我们:探索宇宙的同时,也需要学会负责任地管理遗留的痕迹。