由于温室气体污染，太空碰撞可能会成为更大的风险

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新的研究表明，温室气体排放可能会在未来影响卫星发射。随着温室气体的积聚，这种污染会导致地球高层大气收缩，从而可能增加卫星在轨道上发生碰撞的风险。

这是化石燃料排放对人们日常生活所依赖的事物产生切实影响的又一种方式，特别是在电信公司向轨道发射巨型卫星星座的时候。研究作者认为，太空原来是一种有限的资源，随着气候变化使情况变得更加受限，必须对太空进行更好的管理。

“我们真的已经走到了‘太空很大’这个时代的尽头，我认为我们应该不再这么说了，”这项近日发表在《自然·可持续性》（Nature Sustainability）杂志上的研究的主要作者、麻省理工学院的博士生William Parker说道，“人们没有意识到太空可持续性问题实际上是一个直接影响他们的问题。”

温室气体排放将热量困在低层大气中，使地球的全球平均温度升高。另一个副作用是，较少的热量进入地球高层大气，而进入高层大气的热量更容易消散到太空中。这导致高层大气冷却和收缩。Parker说，你可以把它想象成一个气球，如果把它放在冰箱里就会收缩。

人们依靠浓厚的大气层来最终拉回报废的卫星和其他轨道碎片，其中大部分在穿过大气层下落时最终会燃烧掉。但随着大气层变得稀薄，它对太空碎片的阻力减小，使得碎片能在轨道上停留更长时间，并延长了它与其他物体碰撞的时间跨度。

根据这项研究，在距离地球200到1000千米的高度之间，卫星承载能力可能会下降50%到66%。在最糟糕的情况下，也就是地球上持续的化石燃料开发和日益能源密集型的生活方式导致温室气体高排放的情况下，这种情况将在75年后发生。幸运的是，这意味着仍有一些时间来限制温室气体排放可能给卫星带来的风险。在被认为是更有可能出现的中间情景下，即到本世纪末温室气体排放量适中，相同高度的承载能力将下降24%到33%（https://sos.noaa.gov/catalog/datasets/climate-model-surface-temperature-change-ssp1-sustainability-2015-2100/#description-ssp-narratives-for-each-emission-scenario-ssp2-middle-of-the-road-(medium-challenges-to-mitigation-and-adaptation)）。

这仍然会是一个重大的变化，卫星运营商必须为之做好准备，特别是由于近地轨道正变得更加拥挤。自1957年以来，人类已经向太空发射了大约20,650颗卫星，其中大约11,100颗仍在运行。随着卫星互联网服务的出现，在过去十年中，这些数字急剧上升。据报道，仅SpaceX公司的Starlink就计划向轨道发射多达42,000颗卫星。

随着太空垃圾的累积，碰撞日益成为人们担忧的问题。仅在2024年上半年，SpaceX公司的卫星就不得不进行5万次避撞机动，以避开其他航天器和碎片（https://www.space.com/spacex-starlink-50000-collision-avoidance-maneuvers-space-safety）。随着温室气体排放的增加，它们可能不得不避开更多的障碍物。

之前已有关于温室气体排放如何导致高层大气收缩和冷却的研究（https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024AV001465）。据查尔斯大学大气物理系未参与这项新研究的研究员Petr Šácha称，今天发表的这项研究可能是首次尝试量化大气密度降低对近地轨道容纳卫星能力的影响。Parker及其同事利用大气模型来估算在不同温室气体排放情景下有多少卫星能够安全绕轨运行。然而，Šácha指出，还有其他因素可能导致密度的短期异常，特别是考虑到科学家对重力波将如何应对温室气体排放引起的大气变化知之甚少。

Parker想要确保我们能够避免一个临界点，在这个临界点上，近地轨道的所有航天器交通会引发连锁碰撞，这可能导致人类无法进入太空的某些区域，就有点像高速公路连环相撞事故后道路封闭一样。目前，人类依靠卫星来获取日常服务——从全球定位系统（GPS）到天气预报。

“我们都想要确保后代能够利用我们从太空获得的益处，”Parker说，“我认为这篇论文背后的目的是让公众稍微参与进来……太空的可持续性对他们有影响。并且要确保在卫星运营商群体中，人们意识到这种资源是有限的，而且正在发生变化。”