

随着火箭发射日益频繁,太空变得更加易于进入,废弃的飞行器正坠落回地球。5月,一枚重23吨的中国火箭 溅落在马尔代夫附近的印度洋,结束了关于它将坠落何处的数日不确定性。3月,一枚重4吨的SpaceX猎鹰9号火箭的上面级 在美国西北部上空解体,造成了轰动。
除了火箭,互联网卫星星座等大型项目才刚刚起步,因此当前零星坠落的太空垃圾很可能会持续加剧。
现在,一个研究团队认为他们拥有追踪这场即将到来的太空风暴的理想原型:数十台时刻监视西班牙天空的摄像头。西班牙流星与火球网络(SPMN)最初设计用于探测自然火球,但今年2月,它探测到一枚猎鹰9号火箭上面级在地中海上空燃烧坠落。这一探测表明,SPMN与其他地方的类似“火球网络”一起,有望成为帮助太空组织了解和最小化太空垃圾地面风险的宝贵工具,使火箭砸穿屋顶的几率降至极低。
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“火球网络对航空航天界来说非常有益,因为我们可以获得关于穿过太空物体的精确信息,”来自巴塞罗那空间科学研究所(CSIC-IEEC)的天体物理学家、SPMN协调员Josep Trigo-Rodríguez表示。
西班牙火球网络
SPMN最初并非为追踪坠落火箭而设计。在过去的四分之一世纪里,分布在伊比利亚半岛37个站点的约200个摄像头一直在夜空中搜寻流星冲入地球大气层时留下的明亮轨迹。该网络背后的科学家们每年都会编目数百个火球,并将其用于两个目的。
首先,他们向前预测这些太空岩石可能坠落的地点。利用该网络,研究人员于2004年在西班牙北部成功找回了一颗陨石,这在当时是通过这种方式找到的第 10颗陨石。
其次,他们向后追溯,估算流星来自太空的哪个区域。计算这些天体的原始轨道,有助于天文学家发现来自更具威胁性的小行星和彗星的碎屑流。
“我们正试图了解来自太空的对人类的危害源,”Trigo-Rodríguez说。
人造火球
现在,团队正试图掌握来自更近距离的危害。
2月16日,该网络的三台摄像头捕捉到一个火球,从它们在西班牙南部和东部的视角来看,该火球似乎正横穿形状如王冠的仙后座。
但这个火球的运动轨迹与SPMN通常探测到的完全不同。来自深空的流星来势汹汹,以陡峭的角度穿过大气层,只闪耀几秒钟。这个物体则花费了数分钟的时间,在天空中逗留。SPMN研究人员迅速意识到它必然是太空垃圾,因为在地球轨道上运行的物体速度较慢,并且几乎平行于地面飞行。
通过调整通常用于分析自然火球的短暂闪光软件,以适应这些碎片缓慢的轨迹,该团队计算出了该物体在大气层中的精确路径。然后,研究人员将轨迹与美国政府目录中列出的碎片轨道进行了比对,并找到了匹配项。他们的火球是当天早些时候 SpaceX发射 的60颗星链卫星的上面级火箭。该团队于9月2日在 预印本 中公布了他们的计算结果,该预印本已被《天体动力学》杂志接受发表。
“据我们所知,这是首次使用广角成像做到这一点,”Trigo-Rodríguez说,他指的是火球网络摄像头捕捉大片天空的方式。

追踪太空垃圾
这很可能不是最后一次。火箭发射正在增加,而SpaceX只是正在组建 数千颗互联网卫星群 的几家公司之一。这些卫星的使用寿命约为五年,之后将坠入大气层。Trigo-Rodríguez预计,由他的一名博士生Eloy Peña-Asensio(巴塞罗那自治大学和CSIC-IEEC的航空工程师)编写的更新软件将在未来标记更多坠落碎片事件。他说,这样做有三个主要目的。
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首先,识别太空垃圾可以帮助安抚可能因空中异常光线而感到恐慌的目击者。例如,3月份在太平洋西北部发生的 事件 就足够惊心动魄,以至于一位观察者的孩子问道:“妈妈,我们安全吗?”
其次,研究这些物体的轨迹可能有助于回收它们。收集卫星碎片可能具有有限的科学价值(Trigo-Rodríguez过去的研究发现,熔化的金属球可以模仿天然陨石,并被戏称为“错误陨石”)。但更重要的是,它可以帮助研究人员了解哪些东西可以从太空中坠落而不损坏,以及这些碎片是否可能危险。
接下来,公众了解火箭和卫星碎片最终落点的信息,可能会给太空组织带来压力,促使它们负责任地行动。大多数火箭上面级坠入海洋是出于运气和设计的结合(地球大部分是水,而且发射通常瞄准太平洋中部),但如果出现问题,各国将承担赔偿责任。
例如,1978年,一颗苏联核动力卫星 坠毁在加拿大北部,将放射性物质散布在一条长达600英里的土地带上。加拿大政府向苏联收取了600万加元(约合今天的1800万美元)的费用,最终收到了其中一半。
Trigo-Rodríguez建议,能够识别太空垃圾的火球网络可以提高透明度。“世界各地的所有太空机构都应谨慎,将所有这些火箭置于正确的轨道上,使其在远离人群的地方衰减,”他说。
受收集陨石的科学愿望驱动,火球网络正走向全球。澳大利亚、加拿大、美国、英国、阿根廷、摩洛哥等国的网络已经联合起来,组成了“全球火球天文台”,该组织仍在不断扩展。为它们准备好应对人造火球,只需一次简单的软件升级。
“我们可以与(航空航天)界建立更紧密的合作,以便利用我们已经建成的一切基础设施,”Trigo-Rodríguez说。
更正:2021年9月13日: 此文已更新,以纠正了猎鹰9号火箭上面级燃烧坠落的海域名称。那是地中海;没有地中海。