抱怨马斯克的机会又来了，这回是臭氧层

可以用来批评马斯克的理由又多了一个。

根据一项最新研究预测，随着以星链（Starlink）为代表的低轨卫星的数量激增，它们可能会对臭氧层造成破坏。并称，破坏程度可能会抵消过去几十年通过《蒙特利尔议定书》取得的成果。

“都怪马斯克”

铝是卫星和运载火箭中最普遍的材料之一。当低轨卫星结束任务后，将脱离轨道，进入大气层烧毁解体。这一过程中会因剧烈的摩擦和高温释放出大量的氧化铝纳米颗粒。这些颗粒主要在50至85公里的中间层（mesosphere）形成，并逐渐向下移动到达臭氧层所在的平流层（stratosphere）。

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其实，氧化铝本身并不直接与臭氧分子反应，而是催化臭氧和氯之间的反应，而从中产生的活性氯会破坏臭氧分子。

研究人员发现[1]，以一颗典型的小型卫星为例（250公斤），其在重返大气层时会释放约30公斤的氧化铝颗粒。研究人员进一步以2022年坠落大气层的低轨卫星数量为基础，估算出大约有17吨的氧化铝颗粒物被释放到中间层。考虑到未来对于轨道资源的抢夺会更为激烈，每年将会有超过360吨的氧化铝被释放到大气中。

研究人员通过模型计算，卫星释放的氧化铝颗粒大概需要三十年的时间从中间层到达臭氧所在的平流层，也就是说氧化铝催化下的臭氧破坏作用是会有一定的滞后性 [1] 。

这些数据表明，随着低地轨道卫星数量的持续增加，其烧毁释放的氧化铝对臭氧层的破坏可能会抵消过去几十年通过《蒙特利尔议定书》取得的成果。截止到2022年，坠落大气层的卫星已使大气层中的铝含量增加了29.5%。

但研究人员也指出，因为现实中几乎无法获取卫星烧毁产生氧化铝的数据，模型中假设的是氧化铝颗粒物最大程度产生情况，是“最坏的情况”。

努力白费了？

上世纪70年代，科学家首次发现，氯氟烃（CFCs）等人造化合物在大气中分解，释放出氯原子，能够与臭氧产生化学反应，导致臭氧层的耗损。这些发现引发了广泛的关注和研究。

1974年，科学家马里奥·莫利纳（Mario Molina）和谢尔伍德·罗兰（Sherwood Rowland）首次提出了这一理论。

并且在1985年，英国南极考察队的乔·法曼（Joe Farman）等人通过地面观察设备发现了南极上空臭氧浓度显著降低的现象。

随后，NASA卫星数据证实了这一观测结果，进一步确认了南极上空存在一个严重的臭氧空洞。

臭氧层的形成是一个复杂的自然过程。太阳辐射中的紫外线在平流层中与氧气分子（O₂）相互作用，将其分解成两个氧原子（O）。这些氧原子再与其他氧气分子结合，形成臭氧（O₃）。

这个过程持续不断地进行，形成了一个动态平衡，从而维持了臭氧层的稳定。臭氧能够吸收太阳紫外线（UVB-C和UVB-B），保护植物与动物。同时，紫外线被臭氧层吸收后会转化为热量，使得平流层温度上升，进而影响地球的气候系统，起到了调节气候的作用。

所以，臭氧空洞的发现促使国际社会采取行动，最终促成了1987年《蒙特利尔议定书》的签署，该协议旨在逐步淘汰包括CFCs在内的臭氧层消耗物质。

北极地区在比正常年份温暖的1984年和极端寒冷的1997年产生的臭氧层破洞情况丨Canadian Space Agency

臭氧恢复是一个漫长过程。你可能有所疑问，既然《蒙特利尔协定》已经在将近四十年前禁止了臭氧消耗物质的生成和使用，大气中的含量应该很少了吧？

臭氧消耗物质具有超强的惰性，曾经被大量释放到大气中的它们可以存在几十年到上百年。这些物质在大气中的浓度从2000年左右才开始缓慢降低。

不过重视起到一定积极作用。2022年发布的《臭氧消耗科学评估报告》[2]，平流层臭氧仍在恢复中。

臭氧消耗物质时间变化趋势图丨《臭氧消耗科学评估报告》

南极地区的总臭氧柱（大气中从地表到大气顶部的垂直柱状空间内所有臭氧分子的总量）预计将在2066年左右恢复到1980年的水平，北极地区将在2045年左右恢复，而全球平均值（60°N–60°S）则预计在2040年左右恢复。

不过这个报告没有统计到低轨卫星这一潜在影响因素。

几宗罪了？

越来越多的报废卫星，以及它们在解体、爆炸中产生的碎片，以及卫星碰撞后的“遗骸”都成为人们口中的“太空垃圾”。太空垃圾影响人们进行太空探索。工作中的航天器也得时刻警惕避让它们，以免发生更严重的连锁碰撞。

太空垃圾分部带丨NASA

“巨型星座”还有另一层解释，大量在轨道上运行的卫星，成了夜空中的人造“星星”——人们能见到的纯净黑夜越来越少。Samantha M. Lawler等科学家（2021年）对65000颗卫星进行观测统计和模拟，北纬和南纬 50° 是“光污染”的“重灾区”，在夜间某些时间段，卫星最高占可见光源的8% 。

近地轨道卫星和太空垃圾造成的光污染干扰了地面天文观测，影响数据的准确性和科学研究的进展 [3]。连天文台的选址甚至都成了难事。

“星链”卫星在天文照片上留下了条纹丨美国国家光学红外天文研究实验室

值得庆幸的是各大公司正在和科学家展开合作研究，致力于开发新技术已减少卫星的反射率，从而降低产生的光污染。甚至一些公司要上太空捕获、处理那些太空垃圾。

针对对臭氧层的破坏，我们需要更多真实数据作为证据，来证明这些漫天的卫星将多大程度影响，以及如何影响，从而找到应对措施。目前没有争夺卫星互联网这一“太空竞赛”的公司（不只是SpaceX），对于这种“潜在影响”作出有关回应。

低轨星座在互联网覆盖，气象观测、灾害监测、导航和科学研究等方面发挥了重要作用。但技术的推动者往往也很难控制技术走向。

星链将卫星宽带服务带到偏远地区和发展中国家，但没想到让一个叫Marubo的亚马逊原始部落，从信封萨满和巫术，到沉迷黄色网站，只用了两天时间。

参考文献

[1]Ferreira, J. P., Huang, Z., Nomura, K.-i., & Wang, J. (2024). Potential ozone depletion from satellite demise during atmospheric reentry in the era of mega-constellations. GeophysicalResearch Letters, 51, e2024GL109280. https://doi.org/10.1029/2024GL109280

[2]Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2022 - Executive Summary:https://library.wmo.int/records/item/42105-scientific-assessment-of-ozone-depletion-2022-executive-summary

[3]Lawler, Samantha M., Aaron C. Boley, and Hanno Rein. "Visibility predictions for near-futuresatellite megaconstellations: latitudes near 50 will experience the worst light pollution." TheAstronomical Journal 163.1 (2021): 21.

作者：Judy

编辑：沈知涵

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