普渡大學科學家在飛機上進行的研究發現，大氣中的合金氣溶膠含量達到了前所未有的水平。太空時代正在地球上最遙遠的地方之一–平流層留下指紋，這對氣候、臭氧層和地球的持續宜居性有潛在影響。

太空船和衛星發射數量的不斷增加向平流層引入了大量金屬，可能會影響氣候、臭氧層和地球的宜居性。預計到2030 年將有多達50,000 顆衛星升空，對大氣層的影響仍不確定。

研究人員利用固定在研究飛機鼻錐上的工具，在距離地球表面超過11 英里的上空進行採樣，發現大氣層中的氣溶膠含有大量金屬，這些金屬可能來自日益頻繁的航天器和衛星的發射和返回。這些大量金屬正在改變大氣中的化學成分，可能會對地球大氣層和臭氧層造成影響。

在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上發表研究報告的科學家團隊成員之一丹-奇佐（Dan Cziczo）說：”我們在我們認為原始的大氣區域發現了這種人造物質。如果平流層–大氣層中的這一穩定區域–發生了什麼變化，那就值得我們仔細觀察”。普渡大學理學院地球、大氣和行星科學系教授兼系主任Cziczo 是大氣科學領域的專家，他花了幾十年研究這個稀有地區。

普渡大學理學院地球、大氣和行星科學系教授兼系主任丹-克齊佐（Dan Cziczo）是發現大氣中氣溶膠含有大量金屬的研究小組成員之一，這些氣溶膠可能來自日益頻繁的航天器和衛星的發射和返回。數據是在距離地球表面超過11 英里的高空，使用掛在研究飛機鼻錐上的取樣工具收集的。圖片來源：普渡大學照片/約翰-安德伍德

在地球、大氣和行星科學系兼職教授、美國國家海洋和大氣管理局研究員丹-墨菲（Dan Murphy）的帶領下，研究小組檢測到了20 多種元素，其比例與太空船合金中使用的比例一致。他們發現，太空船重返大氣層時產生的鋰、鋁、銅和鉛的質量遠遠超過了在自然宇宙塵埃中發現的金屬。近10%的大型硫酸顆粒，也就是有助於保護和緩衝臭氧層的顆粒含有鋁和其他太空船金屬。

科學家估計，到2030 年，可能會有多達5 萬多顆衛星進入軌道。根據研究小組計算，這意味著在未來幾十年裡，平流層硫酸粒子中將有多達一半含有重返大氣層時產生的金屬。這將對大氣層、臭氧層和地球上的生命產生怎樣的影響，目前尚不清楚。

平流層研究面臨的挑戰

長期以來，科學家一直懷疑太空船和衛星正在改變高層大氣，但研究平流層是一項挑戰，因為我們並不住在平流層，即使是最高的飛行也只是短暫進入平流層。

作為美國國家航空暨太空總署機載科學計畫的一部分，墨菲和他的研究小組駕駛一架WB-57 飛機在阿拉斯加離地面11.8 英里（19 公里）的地方對大氣層進行採樣，那裡往往會形成環極雲。Cziczo 和他的小組也駕駛ER-2 飛機在美國大陸上空進行了類似的測量。兩個小組都使用了固定在機頭錐體上的儀器，以確保只對最新鮮、最不受干擾的空氣進行採樣。

平流層就像是平靜無波的海面，至少在人類眼中是平靜無波的。生命和文明主要發生在地球表面和對流層，也就是大氣層的最底層。平流層是大氣層中出奇穩定、看似平靜的一層。

平流層也是臭氧層的領域：這個氣體奇蹟就像一個全球帳篷，為地球和地球上的所有生命抵擋灼熱的紫外線輻射。如果沒有臭氧層，地球上可能永遠不會出現生命。沒有臭氧層，生命也不可能延續。

過去的幾十年對平流層來說是多事之秋。1980 年代，臭氧層受到氯氟化碳的威脅，只有各國政府和企業在全球持續協調努力，才能在修復和補充臭氧層方面初見成效。

“流星劃過大氣層，”Cziczo 說。”流星通常會在大氣層中燃燒，甚至不會變成隕石到達地球。因此，隕石的材料以離子的形式留在大氣層中。它們形成非常熱的氣體，開始冷卻並凝結成分子，落入平流層。這些分子相互發現並結合在一起，形成了我們所說的隕石煙霧。科學家最近開始注意到，這些隕石顆粒的化學指紋開始發生變化，這讓我們不禁要問：那麼，是什麼發生了變化？因為隕石的成分並沒有改變。但太空船的數量卻改變了。”

太空船留下的遺產

航天器的發射和返回曾經是國際事件。人造衛星和水星任務的發射曾是頭版新聞。現在，創新浪潮的加速和監管的放鬆意味著數十個國家和公司都能將衛星和太空船發射到軌道上。所有這些衛星都必須用火箭送上去，而大部分材料最終都會回到地面。

就像大船在海洋中航行時留下的尾跡一樣，火箭也會留下金屬的尾跡，這些尾跡可能會以科學家尚不了解的方式改變大氣層。

“為了把東西送入軌道，你需要所有這些燃料和一個巨大的機身來支撐有效載荷，”Cziczo 說。”有如此多的火箭上升和返回，又有如此多的衛星穿過大氣層返回，以至於平流層中開始出現這些氣溶膠粒子。”

當然，流星是最早的太空運載系統。隕石每天都會穿過大氣層。大氣層的熱和摩擦力會剝落隕石上的物質，就像剝落人類製造的人工製品一樣。然而，雖然每天都有數百顆隕石進入地球大氣層，但越來越多的隕石被成噸的金屬所取代，這些金屬構成了獵鷹、亞莉安娜和聯盟號火箭，它們將太空船送到入太空並再次返回地球表面。

“大氣層的變化很難研究，理解起來也很複雜，”Cziczo 說。”但這項研究向我們表明，人類居住和人類航天飛行對地球的影響可能是巨大的，也許比我們想像的還要巨大。了解我們的星球是最緊迫的研究重點之一。”