研究發現平流層大量金屬粒子來自火箭和衛星

近兩個世紀以來，人類一直在從地球表面改變大氣層，但現已進入太空時代，我們也在從外太空改變著大氣層。大氣科學家最近在平流層中發現了意想不到的金屬痕跡，平流層位於大氣層的第二低層，臭氧就存在於這一層。研究人員10月16日在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表的論文表明，這是來自太空船重新進入地球大氣層時產生的污染。

未參與這項工作的法國大氣環境與空間研究實驗室（LATMOS）大氣科學家斯裏曼‧貝克基（Slimane Bekki）表示，新研究是「第一個觀測證據，表明太空活動是平流層顆粒物污染的一個重要來源」。「更重要的是，沒有人知道這些顆粒對臭氧層的影響，」他補充道，並指出臭氧分子在保護人類免受危險的紫外線輻射方面的重要性。

通常，太空任務的規劃者主要關心的是確保空間碎片不會撞擊地面，否則可能會傷害到人或建築物；但是，正如這項研究指出的那樣，在平流層中蒸發的物質仍然會有其影響力，這種物質一定存在於某個地方，而現在看起來它會徘徊於平流層之中。「我們在曾被認為是非常原始、無污染的大氣區域發現了這種人造材料。如果平流層（大氣的穩定區域）中正在發生變化，那就值得仔細觀察，」論文合著者、普渡大學大氣科學家丹奇佐（Dan Cziczo）在一份新聞稿中說。

利用高空飛機進行探測

研究小組乘坐專為高空飛行而設計的飛機穿過平流層飛越美國大陸，飛機的鼻錐（nose cone）上配備了進行空氣分析的儀器。這些獨特的飛機 ——NASA 的ER-2和WB-57——巡航高度約為65,000呎，幾乎是典型客機高度的兩倍，而其最高飛行高度可達 70,000呎。在這個高度，它已經位於地球大氣層99%的質量之上。

在平流層內，飛機上的收集設備記錄了重金屬鈮和鉿的痕跡。這些元素並不是在大氣中自然存在的，而通常用於火箭和航天器外殼。該團隊還測量到20多種金屬的濃度高於預期，其中包括銅、鋰、鋁和鉛。總而言之，平流層中大約10%的氣溶膠（aerosol）顆粒含有金屬。

大氣科學家不確定這些變化將如何影響地球。平流層含有微小的硫酸團，這些硫酸團現在被注入了來自太空船的金屬，很可能會改變平流層的化學性質，包括硫酸液滴可以增長到多大。即使是高處的微小變化也可能會影響光的彎曲方式、熱量的傳遞或冰晶的生長方式。

最大的問題是，這些變化將如何影響地表人類的生活。不幸的是，對此科學家尚無明確的答案。但在過去，平流層的微小變化會導致巨大影響，例如添加氟氯化碳（CFCs ）會侵蝕到臭氧層。最終，太空飛行可能需要採取額外的環境保護措施，以防止對平流層造成傷害。

有甚麼解決辦法

「不讓這些粒子出現在高層大氣中的唯一方法就是不要發射衛星，」雅息特大學大氣科學家傑米舒特勒（Jamie Shutler）解釋道，他不是該研究小組的成員。「未來的方法可能是，延長衛星使用壽命，從而減少發射次數，或者鼓勵業界公開衛星的組成部份，讓製造商得以了解潛在的有害影響。」他補充說，新發現「證實了對平流層污染的擔憂並非空穴來風」。

但在解決這個問題之前，「我們必須考慮飛行器再次進入平流層時所產生的影響，」主要作者、美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的大氣科學家丹尼爾墨菲（Daniel Murphy）說。他強調，這個想法仍然太新，需要作更多研究來了解這種污染的規模及其潛在後果。

隨著太空船發射和重返大氣層速度的加快，潛在影響預計只會增加。航太公司的氣候科學家、新研究合著者馬丁羅斯（Martin Ross）在一份新聞稿中指出，過去五年中，航太機構和私營公司發射了5,000多顆衛星。「其中大多數將在五年內重返大氣層，我們需要知道這會怎樣進一步影響平流層的氣溶膠，」

他說。研究小組預計，未來幾十年內，氣溶膠顆粒中含有金屬的比例可能將從10%增加到50%以上，這尤其要歸咎於即將出台的各項計劃，即：將太空碎片扔回大氣層燒燬以減少太空垃圾。

然而，這些太空垃圾回收計劃和接下來的火箭發射項目需要意識到它們對地球可能產生的影響，研究人員需要做更多工作來確定此影響的程度。「了解地球是最緊迫的研究重點之一」奇佐說。◇