近两个世纪以来，人类一直在改变地球表面的大气层——而现在，在太空时代，我们也正在从外太空改变它。大气科学家最近在平流层（大气层中臭氧所在且流星燃烧成 流星的第二低层）中发现了意想不到的金属痕迹。研究人员在上周发表于《美国国家科学院院刊》的论文中确定，这种污染来自航天器重返地球大气层时。 Proceedings of the National Academy of Sciences。
这项研究是“太空活动是平流层颗粒物污染非常重要来源的第一个观测证据”，LATMOS 的大气科学家 Slimane Bekki（未参与此项新研究）表示。“更重要的是，没有人知道这些颗粒对臭氧层的影响，”他补充说，并强调了这种分子在保护人类免受危险紫外线辐射方面的重要性。
通常，任务规划者最关心的是确保太空碎片不会击中地面，以免伤及人员或结构——但正如这项研究指出的那样，在平流层蒸发的物质仍然可能产生影响，即使不是字面意义上的影响。那些物质必须存在于某个地方，而它们似乎就滞留在平流层。“我们在我们认为是原始大气区域的地方发现了这种人造物质。如果平流层——这个稳定的大气区域——发生了变化，那就值得密切关注，”该研究的合著者、普渡大学大气科学家 Dan Cziczo 在一份新闻稿中说 。
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研究团队乘坐专门设计用于高空飞行的飞机，横穿美国大陆，穿过平流层，飞机配备了安装在鼻锥中的空气分析仪器。这些独特的飞机——NASA 的 ER-2 和 WB-57——的飞行高度约为 65,000 英尺，几乎是普通客机飞行高度的两倍。这些研究飞机的飞行高度可达 70,000 英尺，可以穿过地球大气层质量的 99% 以上。
在平流层内，这些飞机上的收集设备记录下了稀有的重金属 铌 和 铪 的痕迹。这些元素在自然界中不存在于大气层中，但它们通常用于火箭和航天器外壳。该团队还测量到了超过 20 种金属（包括铜、锂、铝和铅）的浓度高于预期。总而言之，平流层中约有 10% 的气溶胶颗粒含有金属。
大气科学家尚不确定这些变化将如何影响地球。平流层含有微小的硫酸液滴，现在这些液滴已经与旧航天器的金属混合。这些金属的存在可能会改变平流层的化学成分，包括硫酸液滴的生长大小。即使是高空微小的变化也可能影响光的折射方式、热量的传递或冰晶的生长方式。
最大的问题是这些变化将如何影响地表人类的生活。不幸的是，目前还没有明确的答案，但在过去，微小的平流层变化曾导致过巨大的影响——例如，氟氯烃 的添加曾破坏了臭氧层。最终，可能需要对太空飞行采取额外的环保措施，以防止对平流层造成损害。
埃克塞特大学大气科学家 Jamie Shutler（未参与该研究团队）解释说：“这些颗粒不出现在高层大气中的唯一方法就是不发射卫星。”“未来的可能途径是减少发射量，延长卫星的使用寿命（这样我们就需要减少发射），或者鼓励行业公开卫星的组成部分（这样我们就可以指导制造商潜在的有害影响）。”他补充说，这一新发现“证实了我们对平流层污染的担忧”。
但在此之前，我们必须“考虑重返大气层可能影响平流层的概念”，首席作者、NOAA 大气科学家 Daniel Murphy 表示。他强调，这个想法仍然非常新颖，需要更多的研究来理解这种污染的规模和潜在后果。
随着航天器发射和重返大气的速度加快，预计潜在影响只会增长。在过去五年中，空间机构和私营公司发射了 5,000 多颗卫星，该研究的合著者、航空航天公司气候科学家 Martin Ross 在一份新闻稿中指出。“其中大部分将在未来五年内返回，我们需要知道这可能如何进一步影响平流层气溶胶，”他说。该团队预计，在未来几十年里，含有金属的颗粒比例可能会从 10% 增加到 50% 以上，尤其得益于即将推出的通过将太空碎片抛入大气层来减少太空垃圾的计划。
然而，这些努力和即将到来的发射都需要意识到对地球的潜在影响——而研究人员需要做更多工作来确定这些影响的程度。“理解我们的星球是我们最紧迫的研究重点之一，”Cziczo 说。
