北京
你可能也好奇過，天上年年都在發(fā)射火箭，那些沖天而起的尾焰到底會(huì)不會(huì)給臭氧層戳出窟窿？最近，科學(xué)家還真把這件事拎出來算了筆賬——結(jié)果挺有意思，臭氧層確實(shí)在“掉血”，但最主要的那一刀，并不是來自火箭上升那一下子，而是火箭殘骸和報(bào)廢衛(wèi)星掉回地球時(shí)在大氣層里燒成渣的過程。
我們先看核心的排放“地圖”。2022年一整年，全球一共發(fā)射了186枚火箭，同時(shí)有472個(gè)失效衛(wèi)星、用過的火箭上面級(jí)等物體重返大氣層，加起來總質(zhì)量將近5000噸。Vliex團(tuán)隊(duì)在近期《Earth’s Future》上發(fā)表的分析，就是拿這一年當(dāng)成切片來算的。他們針對(duì)每枚火箭的飛行軌跡做了計(jì)算機(jī)模擬，把從地面到100公里高空不同高度排放的廢氣都算了進(jìn)去，連重返物體燒毀時(shí)撒出來的東西也一并算清。這些排放數(shù)據(jù)灌進(jìn)一個(gè)叫GEOS?Chem的大氣化學(xué)模型后，臭氧損耗和增溫效應(yīng)的數(shù)值就浮現(xiàn)出來了。
說人話就是，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣和再入燃燒殘骸這兩股“排放流”會(huì)釋放一系列污染物，其中重返大氣層時(shí)產(chǎn)生的大量氮氧化物，對(duì)臭氧消耗的“貢獻(xiàn)”尤其扎眼。過去航天產(chǎn)業(yè)體量小，大家一直默認(rèn)這點(diǎn)兒排放對(duì)氣候影響不值一提。但如今形勢(shì)變了，未來幾年還有近萬顆航天器等著上天組網(wǎng)，排放量會(huì)激增，而科學(xué)家其實(shí)還沒完全摸清這對(duì)環(huán)境意味著什么——目前只能說，初步證據(jù)顯示，臭氧在實(shí)實(shí)在在地被消耗，地球也跟著多裹了層“熱毯”。
更有意思的是，撬開火箭燃料的“抽屜”看，不同燃料闖的禍還不一樣。研究人員拿NASA的阿爾忒彌斯2號(hào)任務(wù)做例子，它的助推器用的就是固體燃料。數(shù)據(jù)無情指出，相對(duì)于推進(jìn)劑本身的質(zhì)量，固體燃料對(duì)臭氧的損耗是最嚴(yán)重的那一檔。另一頭，火箭級(jí)用的煤油則拿下了增溫效應(yīng)第一名。這其實(shí)很像不同烹飪方式對(duì)廚房空氣的影響：有的猛火快炒雖然快，油煙卻嗆得人睜不開眼；有的小火慢燉看似溫和，但把整個(gè)廚房烘得又悶又熱。
還有一個(gè)容易忽略的細(xì)節(jié)。火箭尾氣噴出后并不是一攤死水，會(huì)在羽流里繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，相當(dāng)于邊飛邊給自己“換配方”。這次研究特意把羽流化學(xué)環(huán)節(jié)納入了計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，考慮這些反向后，航天排放影響的估算值其實(shí)是降低了一些的。這倒不是說污染變小了，而是提醒我們，過去可能高估了某幾條通路的破壞力。這也意味著，未來再評(píng)估航天環(huán)境賬時(shí)，羽流化學(xué)是個(gè)不能跳過的步驟。
所以整件事的邏輯鏈大概是這樣的：火箭和重返物體先排放混合污染物→重返時(shí)的氮氧化物成為耗氧主兇→固體燃料和煤油分別在耗氧和升溫上各顯“神通”→羽流反應(yīng)再給賬本做些修正。但直到現(xiàn)在，學(xué)界掌握的還是“影響在發(fā)生、有些部位比預(yù)想嚴(yán)重、有些機(jī)理還不確定”這種半透明的狀態(tài)。Vliex團(tuán)隊(duì)自己也坦言，隨著航天產(chǎn)業(yè)持續(xù)膨脹，重返排放和火箭羽流化學(xué)這個(gè)方向還需要更多的眼睛盯著。畢竟，天上的路越修越密，我們總得知道，每一次呼嘯升空和燃燒回歸，究竟給頭頂那層脆弱的臭氧盾留下了多少看不見的擦痕。
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