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原文鏈接：https://www.universetoday.com/articles/were-putting-lots-of-transition-metals-into-the-stratosphere-thats-not-good

編譯：齊岳

校對(duì)：牧夫天文校對(duì)組

后期：王啟儒

責(zé)任編輯：王啟儒

儒勒·凡爾納號(hào)航天器再入大氣層時(shí)解體的景象。

圖片來源：NASA/ESA/Bill Moede and Jesse Carpenter

1985年5月16日，三位英國(guó)的科學(xué)家將自己的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)和結(jié)論發(fā)表在《自然》雜志，文章清晰地表明南極洲上空的大氣臭氧層出現(xiàn)了一個(gè)空洞。

時(shí)間來到1986年，美國(guó)科學(xué)家發(fā)表的一篇論文證實(shí)并確認(rèn)氯氟烴是南極洲臭氧層破壞的直接原因。1987年，197個(gè)國(guó)家和歐盟簽署了世界上第一個(gè)全球環(huán)境條約——《蒙特利爾議定書》，共同逐步淘汰了氯氟烴。《條約》讓我們成功堵上了臭氧層空洞。然而，我們也許正在無意間制造另一場(chǎng)潛在的大氣層災(zāi)難。布倫瑞克工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)指出，人造衛(wèi)星在大氣層中焚毀時(shí)釋放的物質(zhì)，尤其是過渡金屬（元素周期表中d區(qū)的一系列金屬元素），可能會(huì)對(duì)大氣化學(xué)產(chǎn)生無法預(yù)料的影響。

實(shí)際上，火箭殘骸和退役的人造衛(wèi)星總質(zhì)量也不過是每年撞擊地球的流星質(zhì)量的7%。但是，由于航天器主要由金屬做成，而流星主要是硅酸鹽，所以我們經(jīng)由航天器注入大氣的金屬量占自然原因的16%。

這聽起來也許并不多，但對(duì)于其中一些元素，其貢獻(xiàn)量可是高得驚人。2015年，有18種大氣中的元素的主要來源是人類活動(dòng)所產(chǎn)生的。2024年，這個(gè)數(shù)字一躍至24種。在未來的幾十年中甚至可能增加到30種，而我們將是這些元素豐度上漲的主要原因。

過渡金屬元素在元素周期表中的位置

其中的一些元素在地球上相對(duì)常見，例如鋰和錫，它們不會(huì)對(duì)大氣產(chǎn)生什么重大影響。然而，另一些是所謂的“過渡金屬”，它們具有催化活性。這些元素在大氣中的累積會(huì)催化某些反應(yīng)，進(jìn)而對(duì)大氣化學(xué)產(chǎn)生毀滅性的影響。這些元素包括在幾種建造航天器所需的基本材料中，比如銅（銅接線和PCB走線）以及鈦（結(jié)構(gòu)支撐部件）。

根據(jù)該論文的計(jì)算，這些元素的注入量在過去十年中翻了一倍多，主要是由于星鏈（Starlink）和柯伊伯（Kuiper）這樣的巨型衛(wèi)星星座的出現(xiàn)。這種巨型星座的人造衛(wèi)星被有意設(shè)計(jì)成在工作幾年后就墜入大氣層燒毀自身。雖然這或許能解決廢棄的太空垃圾可能變成危險(xiǎn)子彈的問題（即凱斯勒現(xiàn)象），但是也同時(shí)造成了擾亂大氣化學(xué)的潛在問題。

團(tuán)隊(duì)成員在文中估計(jì)，這些他們稱之為“太空垃圾”的物質(zhì)會(huì)以三種不同的方式影響環(huán)境。首先是通過催化會(huì)破壞臭氧的反應(yīng)來直接造成影響——就如同70和80年代的氯氟烴那樣。第二，是作為云形成的“種子”，潛在地改變大氣中某些地方云的形成過程，進(jìn)而顯著影響云層下方的天氣。第三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)是大氣中顆粒物的輻射效應(yīng)。它們可以反射或捕獲太陽(yáng)的熱量，以難以察覺的方式冷卻或加熱大氣。事實(shí)上，其原理就是地理工程學(xué)中被提出用于解決氣候變化的可能解決方案之一。

太空垃圾概念圖

較為悲觀的是，文中還討論了處理太空垃圾的不同選擇，但幾乎所有情況都會(huì)加劇過渡金屬的問題。

事實(shí)是，我們還未很好地理解這些元素對(duì)大氣到底有什么樣的影響。沒有人研究過鈦如何通過催化來耗盡臭氧，也沒人研究過漂浮在平流層的鋰如何反射陽(yáng)光。正如論文的作者們指出的那樣——如果我們打算長(zhǎng)期使用巨型衛(wèi)星星座，就必須研究可能帶來的影響，特別是在這些衛(wèi)星單個(gè)部件的壽命只有五年的情況下。研究人員能否獲得相關(guān)的資助尚待觀望，但鑒于我們已目睹其他化學(xué)物質(zhì)引發(fā)類似問題，或許這次我們應(yīng)當(dāng)未雨綢繆。

——The End——

『天文濕刻』 牧夫出品

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Image Credit: Anthony Sullivan

牧夫

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