微小的太空垃圾何以造成惊人的破坏?

  2016年,欧洲航天局宇航员蒂姆·皮克分享了一张照片。照片中,国际空间站(ISS)的一扇玻璃窗上有一道大约0.25英寸长的凹痕。这凹痕是怎么来的呢?——微小的太空垃圾造成的。 …

  2016年,欧洲航天局宇航员蒂姆·皮克分享了一张照片。照片中,国际空间站(ISS)的一扇玻璃窗上有一道大约0.25英寸长的凹痕。这凹痕是怎么来的呢?——微小的太空垃圾造成的。

  可能是人造卫星上脱落的一小片油漆碎片或金属碎片,这些残骸宽度仅为千分之几毫米,甚至不会比一个大肠杆菌细胞大多少。

  然而,这么微小的碎片,怎么就造成了如此明显的破坏呢?

  亚利桑那大学的天文学家维什努·雷迪说:“归根结底还是速度。”根据欧洲航天局的数据,在国际空间站和大多数其他卫星的那个高度(大约在地球上空400公里的位置),物体每90分钟绕我们的地球运动一周。NASA的一位讲师兼飞行控制员罗伯特·弗罗斯特在问答网站Quora上解释道,这意味着物体飞行的速度将超过每小时25200公里,是地球上子弹平均射击速度的十倍。

  撞击的能量不仅与物体的大小有关,物体的速度(运动的速率和方向)也同样重要。雷迪解释说,这就是为什么一颗很小的子弹可以造成极大的伤害;任何物体,如果以足够高的速度运动的话,都会带来危险。

  麻省理工学院的航空与航天学副教授克里·卡霍伊说,另外要记住的一点是,速度是可以相加的。也就是说,两个相向运动的物体发生碰撞时,它们的撞击能量会增加。

  卡霍伊说:“比如高速公路上行驶的车辆。”两辆同向快速行驶的车辆或许会发生碰撞,但“碰撞力度不会特别大”,她说。但是如果有一辆车——或者只是一部轻量级的摩托车——迎面撞向一辆高速行驶中的车辆,这就会造成一起极为严重的人员伤亡事故。

  同样的,在太空中,高速运动的碎片撞上国际空间站时,也会留下相对明显的痕迹。

  在太空中,人造卫星、航天器和碎片残骸沿着各种不同的轨迹飞行;一个物体可能围绕赤道水平运动,而另一个物体可能围绕地球两极垂直运动。有些物体甚至“逆行”运动,即它们逆着地球轨道方向运动。随着越来越多碎片散落在太空,近地轨道(国际空间站在该轨道上运行)越来越像高峰时间段拥堵的高速公路。卡霍伊说:“这会带来各种各样的潜在威胁。”

  到目前为止,国际空间站的宇航员都还算十分幸运,不曾有更大的碎片撞向他们的窗户。欧洲航天局表示,一个微生物大小的碎片或许只留下一个凹痕,但若换成豌豆大小的碎片,就可能会导致关键的飞行系统失灵。那如果是乒乓球大小的残骸呢?雷迪表示:“那将是一起灾难。”他说,如此大的太空垃圾会导致空间站迅速降压,进而使得空间站上的宇航员无法呼吸。

  太空垃圾的问题已日益凸显。根据伦敦自然历史博物馆的数据,地球轨道上至少包含1.28亿个碎片,其中直径在10厘米以上的碎片多达34000个。这些还只是大到足以探测到的碎片,换句话说,可能还有更多我们没发现的碎片。人造卫星在极端紫外线辐射下的自然风化,更大的太空残骸碎片碰撞或人造卫星按计划被摧毁时,都会产生这些小碎片。大的碎片,则包括3000个被弃置的人造卫星,以及航天器在发射过程中掉落的螺栓和其他零部件。

  雷迪说,通过跟踪这些太空垃圾,科学家可以告诉各个国家和公司,应该在什么时候让航天器避开飞速来袭的碎片。根据自然历史博物馆的数据,自1999年以来,国际空间站已经执行过25次类似的避开操作。除此之外,研究人员已经在开发各种清理太空垃圾的方法,比如使用钩子、网和磁铁将太空垃圾拽回地球大气层。

  太多的太空垃圾,会给人类在地球轨道上运行人造卫星或其他航天器,带来危险。雷迪说,虽然我们离这一天还很遥远,但及早解决太空垃圾问题以防止未来问题愈演愈烈,这一点十分重要。

  他说:“我们在很多事情上都离不开太空,比如通讯、天气预报、银行业务、娱乐和军事等等。就人类文明发展而言,如果我们无法深入太空,我们的文明将倒退许多。”(匀琳)

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