微小的太空垃圾何以造成驚人的破壞?
2016年,歐洲航天局宇航員蒂姆·皮克分享了一張照片。照片中,國際空間站(ISS)的一扇玻璃窗上有一道大約0.25英寸長的凹痕。這凹痕是怎麼來的呢?——微小的太空垃圾造成的。
可能是人造衛星上脫落的一小片油漆碎片或金屬碎片,這些殘骸寬度僅為千分之幾毫米,甚至不會比一個大腸桿菌細胞大多少。
然而,這麼微小的碎片,怎麼就造成瞭如此明顯的破壞呢?
亞利桑那大學的天文學家維什努·雷迪說:“歸根結底還是速度。”根據歐洲航天局的數據,在國際空間站和大多數其他衛星的那個高度(大約在地球上空400公里的位置),物體每90分鐘繞我們的地球運動一周。NASA的一位講師兼飛行控制員羅伯特·弗羅斯特在問答網站Quora上解釋道,這意味著物體飛行的速度將超過每小時25200公里,是地球上子彈平均射擊速度的十倍。
撞擊的能量不僅與物體的大小有關,物體的速度(運動的速率和方向)也同樣重要。雷迪解釋說,這就是為什麼一顆很小的子彈可以造成極大的傷害;任何物體,如果以足夠高的速度運動的話,都會帶來危險。
麻省理工學院的航空與航天學副教授克里·卡霍伊說,另外要記住的一點是,速度是可以相加的。也就是說,兩個相向運動的物體發生碰撞時,它們的撞擊能量會增加。
卡霍伊說:“比如高速公路上行駛的車輛。”兩輛同向快速行駛的車輛或許會發生碰撞,但“碰撞力度不會特別大”,她說。但是如果有一輛車——或者只是一部輕量級的摩托車——迎面撞向一輛高速行駛中的車輛,這就會造成一起極為嚴重的人員傷亡事故。
同樣的,在太空中,高速運動的碎片撞上國際空間站時,也會留下相對明顯的痕跡。
當一小塊太空垃圾撞向國際空間站時,歐洲航天局的宇航員蒂姆·皮克拍下了撞擊後留下的鑿痕。
在太空中,人造衛星、航天器和碎片殘骸沿著各種不同的軌跡飛行;一個物體可能圍繞赤道水平運動,而另一個物體可能圍繞地球兩極垂直運動。有些物體甚至“逆行”運動,即它們逆著地球軌道方向運動。隨著越來越多碎片散落在太空,近地軌道(國際空間站在該軌道上運行)越來越像高峰時間段擁堵的高速公路。卡霍伊說:“這會帶來各種各樣的潛在威脅。”
到目前為止,國際空間站的宇航員都還算十分幸運,不曾有更大的碎片撞向他們的窗戶。歐洲航天局表示,一個微生物大小的碎片或許只留下一個凹痕,但若換成豌豆大小的碎片,就可能會導致關鍵的飛行系統失靈。那如果是乒乓球大小的殘骸呢?雷迪表示:“那將是一起災難。”他說,如此大的太空垃圾會導致空間站迅速降壓,進而使得空間站上的宇航員無法呼吸。
太空垃圾的問題已日益凸顯。根據倫敦自然歷史博物館的數據,地球軌道上至少包含1.28億個碎片,其中直徑在10厘米以上的碎片多達34000個。這些還只是大到足以探測到的碎片,換句話說,可能還有更多我們沒發現的碎片。人造衛星在極端紫外線輻射下的自然風化,更大的太空殘骸碎片碰撞或人造衛星按計劃被摧毀時,都會產生這些小碎片。大的碎片,則包括3000個被棄置的人造衛星,以及航天器在發射過程中掉落的螺栓和其他零部件。
雷迪說,通過跟踪這些太空垃圾,科學家可以告訴各個國家和公司,應該在什麼時候讓航天器避開飛速來襲的碎片。根據自然歷史博物館的數據,自1999年以來,國際空間站已經執行過25次類似的避開操作。除此之外,研究人員已經在開發各種清理太空垃圾的方法,比如使用鉤子、網和磁鐵將太空垃圾拽回地球大氣層。
太多的太空垃圾,會給人類在地球軌道上運行人造衛星或其他航天器,帶來危險。雷迪說,雖然我們離這一天還很遙遠,但及早解決太空垃圾問題以防止未來問題愈演愈烈,這一點十分重要。
他說:“我們在很多事情上都離不開太空,比如通訊、天氣預報、銀行業務、娛樂和軍事等等。就人類文明發展而言,如果我們無法深入太空,我們的文明將倒退許多。 ”(勻琳)