人類首次直接測量到太空垃圾重返大氣層造成的污染，這一污染正是由大家熟悉的 SpaceX 公司導致。整個地球大氣層每天接收的天然鋰只有大約 80 克，而一枚 SpaceX 公司的獵鷹 9 號火箭光鋰就有 30 公斤。這 30 公斤鋰在 100 公里高處被釋放處理，一部分立馬和氧氣反應變成氧化鋰，沉入更低的大氣層。但還有一小部分以原子形態漂浮在中間層隨風飄蕩。
2026 年 2 月 19 日，關於這一研究的論文正式發佈在地球環境期刊 Communications Earth & Environment，論文作者是德國萊布尼茨大氣物理研究所的研究人員。研究中，他們使用激光在 96 公里高空抓到一團鋰雲，那是在抓到這團鋰雲的 20 小時之前獵鷹 9 號解體留下來的痕跡。
這一切要從 2025 年 2 月 19 日也就是一年前說起，當天凌晨歐洲上空出現了一幕奇觀。一枚 SpaceX 的獵鷹 9 號火箭第二級失控重返大氣層，拖着長長的火焰劃過愛爾蘭、英國和德國的夜空。無數人抬頭仰望，有人拍下視頻，有人撿到碎片。一個小鎮居民甚至在一個倉庫後面發現了一塊 1.5 米長的燃料罐殘骸。
圖 | 2025 年 2 月 19 日，SpaceX 獵鷹 9 號火箭殘骸在德國英格爾斯萊本上空燃燒（來源：Bennett Theile）
這件事當時上了新聞，然後就被遺忘了。但是，德國萊布尼茨大氣物理研究所的研究人員在新聞裏看到了另一件事，他們連夜打開激光雷達對準天空並開始等待。20 小時後，他們等到了一個信號。這個信號最終變成了本次論文，並首次告知世人：他們真的測到了太空垃圾造成的空氣污染。
（來源：德國萊布尼茨大氣物理研究所 / Gerd Baumgarten）
那天夜裏到底發生了什麼？先來說說獵鷹 9 號。這枚火箭的第二級在完成任務後，沒能按照計劃墜入南太平洋，而是失控掉頭並以大約每小時 2.8 萬公里的速度扎進大氣層。這個速度有多快？從愛爾蘭西海岸到波蘭累計 1,500 公里，它只用了兩分半鐘。
火箭在距離地面 100 公里左右的高度開始解體。這個高度被稱爲中間層，再往上就是太空，再往下就是人類生活的天空。100 公里處的空氣雖然稀薄，但對於以如此高速衝進來的金屬物體來說，已經足夠把它燒成火球。
火箭的殼體由鋁鋰合金製成，還搭載了鋰離子電池。當溫度升到 933 開氏度也就是大約 660 攝氏度，鋁開始融化，裏面的鋰原子被釋放出來。
鋰是一種很特殊的金屬。它在自然界大氣層裏極少存在。每天從外太空墜入地球的流星體，也會帶來一些金屬元素，比如鈉、鐵、鎂，但是鋰的含量微乎其微。
圖 | 激光雷達測量鋰羽流（來源：相關論文）
前面提到，獵鷹 9 號火箭釋放出來的一小部分鋰以原子形態漂浮在中間層隨風飄蕩。研究人員盯上的就是這一小部分。他們使用的設備叫做共振熒光激光雷達，背後原理可以簡單理解爲向天空發射一束特定波長的激光，如果空氣中存在某種元素，它的原子會吸收激光能量再發射回來，就像回聲一樣。通過分析回聲的強度和時間，就能知道這種元素有多少以及在多高的地方。
研究人員選擇鋰作爲目標，就是因爲它在天上幾乎不存在，只要有信號就一定是人造的。2025 年 2 月 20 日凌晨 0 點 21 分，信號來了。在 96 公里的高度，鋰原子的密度突然飆升到平時的 10 倍。這個異常區域的厚度只有兩公里多，寬度爲幾十公里，在激光雷達的屏幕上一清二楚。信號持續了至少 40 分鐘，直到準備的燃料用完研究人員才停止觀測。
但是問題來了：如何證明這團鋰雲真的來自獵鷹 9 號？畢竟火箭在愛爾蘭西海岸燒燬，研究人員在德國東部測到信號，中間隔着 1,600 公里。後來，他們使用了反向追跡這一方法。
具體來說，他們使用一款名爲 UA-ICON 的大氣環流模型，模擬出來了過去 20 個小時之間 96 公里高度風的流向和速度。然後，從德國上空開始往回倒推，看看這團空氣 20 小時之前到底在哪裏。
計算結果顯示：2025 年 2 月 19 日凌晨 3 點 42 分左右，這團空氣正好位於愛爾蘭西海岸處的 100 公里高處。同一時刻，獵鷹 9 號的殘骸正拖着火焰穿過那個點。時間吻合，位置吻合，高度相差不到兩公里。
圖 | 太空污染測量示意圖（來源：相關論文）
爲了排除其他可能性，研究人員還檢查了所有自然原因。比如，會不會是流星雨帶來的？然而當時並沒有大型流星雨。那麼，會不會是電離層異常形成的金屬層？爲此，他們調用了附近地區的離子探空儀數據，結果卻發現過去幾個小時里根本沒有明顯的電離層擾動。再比如，會不會是電磁暴導致的？地磁指數卻顯示那幾天非常安靜。
所有證據都指向同一個結論：那團鋰雲就是獵鷹 9 號的遺骸。這意味着人類第一次直接測量到了太空垃圾重返大氣層造成的污染。而且這個污染不是微量的，是可測的、清晰的、能夠追蹤到具體來源的。
圖 | 將獵鷹 9 號與鋰觀測聯繫起來的合理反向軌跡（來源：相關論文）
這會帶來什麼影響？獵鷹 9 號只是一枚火箭。而 SpaceX 的星鏈計劃要部署 4.2 萬顆衛星，每顆衛星在 5 到 7 年後就要退役重返大氣層。亞馬遜的柯伊伯計劃也要發射 3,000 多顆。再加上其他國家的，一共有實際十幾萬顆左右。
這些衛星絕大多數由鋁合金製成，有些還包含銅、鈦、銀甚至金。每顆衛星重幾百公斤，十幾萬顆就是幾萬噸金屬。它們最終都要回到大氣層，燒成金屬蒸汽，飄散在全球的天空裏。
幾年前，就有科學家在高空飛機上採集平流層氣溶膠，發現直徑大於 120 納米的顆粒裏，有大約 10% 含有衛星燒蝕留下來的金屬成分。之前研究用的是飛機，飛不到 60 公里以上，只能測到已經沉降下來的顆粒。而本次研究人員使用的是激光雷達，直接測到了在 100 公里高處漂浮的原始污染。
更讓人擔心的是鋁。鋁和氧會生成氧化鋁，氧化鋁是消耗臭氧的催化劑。當年人們使用氟利昂捅穿了臭氧層，花了三十年才補上。現在每年幾百噸氧化鋁被注入平流層，會產生什麼後果，目前沒人能夠說得清。
還有那些稀有金屬，比如電子設備裏的金、銀、鉑，火箭發動機裏的鈮、鉬，電池裏的鋰和鈷。這些元素在自然界大氣層裏幾乎不存在，現在卻開始以每年幾十噸的量被傾倒進來。它們會參與什麼化學反應？會不會改變高雲的形成？會不會影響地球反射陽光的能力？這一切全是未知數。
正因此，研究人員認爲他們現在做的，有點像 20 世紀 70 年代科學家剛開始監測氟利昂時做的事。那時沒人會預見到南極上空會出現臭氧洞，等發現了再行動已經晚了二十年。因此，研究人員希望從現在就開始監測太空垃圾的污染，在問題變得嚴重之前，給人類爭取到一些反應時間。
參考資料：
相關論文
https://doi.org/10.1038/s43247-025-03154-8
https://www.space.com/space-exploration/launches-spacecraft/scientists-measure-air-pollution-from-reentering-spacex-rocket-in-real-time-its-never-been-done-before
https://www.bbc.com/news/articles/cpd8z4eqlxno
排版：胡巍巍
