近两个世纪以来，人类一直在从地球表面改变大气层，但现已进入太空时代，我们也在从外太空改变着大气层。大气科学家最近在平流层中发现了意想不到的金属痕迹，平流层位于大气层的第二低层，臭氧就存在于这一层。研究人员10月16日在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上发表的论文表明，这是来自航天器重新进入地球大气层时产生的污染。
卫星在进入大气层时被烧毁示意图。
未参与这项工作的法国大气环境与空间研究实验室（LATMOS）大气科学家斯里曼‧贝克基（Slimane Bekki）表示，新研究是“第一个观测证据，表明太空活动是平流层颗粒物污染的一个重要来源”。“更重要的是，没有人知道这些颗粒对臭氧层的影响，”他补充道，并指出臭氧分子在保护人类免受危险的紫外线辐射方面的重要性。
通常，太空任务的规划者主要关心的是确保空间碎片不会撞击地面，否则可能会伤害到人或建筑物；但是，正如这项研究指出的那样，在平流层中蒸发的物质仍然会有其影响力，这种物质一定存在于某个地方，而现在看起来它会徘徊于平流层之中。
“我们在曾被认为是非常原始、无污染的大气区域发现了这种人造材料。如果平流层（大气的稳定区域）中正在发生变化，那就值得仔细观察。”论文合著者、普渡大学大气科学家丹‧奇佐（Dan Cziczo）在一份新闻稿中说。
利用高空飞机进行探测
当火箭重新进入大气层时在平流层中留下金属残余物，并被新研究使用的WB-57飞机探测到的示意图。
研究小组乘坐专为高空飞行而设计的飞机穿过平流层飞越美国大陆，飞机的鼻锥（nose cone）上配备了进行空气分析的仪器。这些独特的飞机——NASA的ER-2和WB-57——巡航高度约为65,000英尺，几乎是典型客机高度的两倍，而其最高飞行高度可达70,000英尺。在这个高度，它已经位于地球大气层99%的质量之上。
在平流层内，飞机上的收集设备记录了重金属铌和铪的痕迹。这些元素并不是在大气中自然存在的，而通常用于火箭和航天器外壳。该团队还测量到二十多种金属的浓度高于预期，其中包括铜、锂、铝和铅。总而言之，平流层中大约10%的气溶胶（aerosol）颗粒含有金属。
大气科学家不确定这些变化将如何影响地球。平流层含有微小的硫酸团，这些硫酸团现在注入了来自航天器的金属，很可能会改变平流层的化学性质，包括硫酸液滴可以增长到多大。即使是高处的微小变化也可能会影响光的弯曲方式、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，对此科学家尚无明确的答案。但在过去，平流层的微小变化会导致巨大影响，例如添加氟氯化碳（CFCs）会侵蚀到臭氧层。最终，太空飞行可能需要采取额外的环境保护措施，以防止对平流层造成伤害。
有什么解决办法
“不让这些粒子出现在高层大气中的唯一方法就是不要发射卫星。”埃克塞特大学大气科学家杰米‧舒特勒（Jamie Shutler）解释道。他不是该研究小组的成员。
“未来的方法可能是，延长卫星使用寿命，从而减少发射次数，或者鼓励业界公开卫星的组成部分，让制造商得以了解潜在的有害影响。”舒特勒补充说，新发现“证实了对平流层污染的担忧并非空穴来风”。
但在解决这个问题之前，“我们必须考虑飞行器再次进入平流层时所产生的影响。”主要作者、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的大气科学家丹尼尔‧墨菲（Daniel Murphy）说。他强调，这个想法仍然太新，需要作更多研究来了解这种污染的规模及其潜在后果。
随着航天器发射和重返大气层速度的加快，潜在影响预计只会增加。航空航天公司的气候科学家、新研究合著者马丁‧罗斯（Martin Ross）在一份新闻稿中指出，过去五年中，航天机构和私营公司发射了超过5000颗卫星。
“其中大多数将在五年内重返大气层，我们需要知道这会怎样进一步影响平流层的气溶胶。”他说。研究小组预计，未来几十年内，气溶胶颗粒中含有金属的比例可能将从10%增加到50%以上，这尤其要归咎于即将出台的各项计划，即：将太空碎片扔回大气层烧毁以减少太空垃圾。
然而，这些太空垃圾回收计划和接下来的火箭发射项目需要意识到它们对地球可能产生的影响，研究人员需要做更多工作来确定此影响的程度。“了解地球是最紧迫的研究重点之一。”奇佐说。◇#
