太空飞行，尽管起源于冷战时期的军事竞赛，但通常被描绘成一种纯粹有益的努力，以某种方式帮助全人类：卫星提供无价的全球规模的态势感知和连通性。太空望远镜和星际探测器为我们宇宙中的位置带来了变革性的发现。宇航员的任务有助于满足我们物种天生的探索欲望，同时也激励了新一代的科学家和工程师。而这一切都以同样的方式开始，乘坐火箭穿越天空。
但与原本乐观的评估相反，最后一个细节迟早可能会伤害地球上的生命。简而言之，问题在于，许多升空的东西最终都会以报废的火箭助推器和卫星的形式返回地面，经历猛烈的再入大气层或甚至是坠毁着陆。想想中国在7月24日用巨大的长征五号B火箭发射的问天空间站舱：在成功将问天送入轨道后，火箭巨大的、23吨重的上面级被遗弃，不受控制地坠回地球，对任何或任何不幸在其路径上的人或物构成遥远但真实的威胁。
被坠落的火箭戏剧性地砸死并非唯一的风险。更大的威胁可能来自日益增多的太空碎片在我们星球脆弱的上层大气层中燃烧殆尽——从而对全球气候和同温层臭氧产生长期的影响。这些影响可能有多大尚不清楚，因为这个问题本身几乎没有被研究过。但随着成本降低和利润丰厚的新应用（如卫星巨型星座）导致发射率在全球范围内飙升，情况将变得更加紧迫。简而言之，21世纪太空飞行的崛起可能会引发一场太空时代的“公地悲剧”，其后果将持续数千年——科学家们正开始敲响警钟。
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火箭发射影响飙升
最近，在《地球未来》杂志上，伦敦大学学院（UCL）、剑桥大学和麻省理工学院的研究人员探讨了火箭发射和来袭物体对大气层的影响。
该团队报告称，火箭释放的黑碳（烟尘）颗粒在将热量保持在大气层中的效率几乎是飞机和其他地面来源的500倍，因此对全球变暖的影响大于其他来源。研究合著者、伦敦大学学院的罗伯特·瑞安说，烟尘“是由燃烧碳氢化合物燃料的火箭排放的”。“直接排放到平流层的烟尘非常有效地导致升温。”
该团队还研究了大气层再入如何损害脆弱的平流层臭氧层，该臭氧层有助于保护地球免受有害紫外线辐射。坠落的碎片或返回的航天器在自身和周围空气升温时会产生破坏臭氧的氮氧化物，从而消耗平流层中的保护性气体。瑞安说，这种影响目前在全球范围内很小，但在上层大气层中，“太空飞行造成的臭氧消耗量[已经]令人担忧”。更糟糕的是，再入的火箭部件可能具有复杂且高度可变的成分——并且尚未充分确定每种燃烧成分混合物的特定化学反应。
研究合著者、伦敦大学学院物理地理学副教授伊洛伊斯·马雷斯说：“我们目前正在调查卫星材料在返回地球时燃烧殆尽所产生的其他污染物的影响。”她补充说，可以肯定的是，航天部门对地球大气层有“无数的影响”。
专家说，另一个可以肯定的是，随着发射和再入次数的激增，太空飞行对大气层的影响必将增加。太空部门活动的激增促使美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的另一个研究团队模拟平流层烟尘增加可能如何影响大气环流模式。他们发表在《地球物理研究杂志：大气》上的研究发现，火箭发射可能会通过另一种途径消耗臭氧并加剧气候变化。
美国国家海洋和大气管理局以及科罗拉多州博尔德市环境科学合作研究所的研究科学家、主要作者克里斯托弗·马洛尼说：“我们研究了假设的情景，即未来几十年内火箭发射的数量以及气候可能如何响应。” “我们看到平流层会变暖。平流层中的翻转环流减慢，这对臭氧产生影响。”
马洛尼说，进一步研究这个问题，“各种火箭发动机排放物清单”将非常有用。这种类型的目录可以帮助更全面地了解火箭发射对平流层的副作用。
美国国家海洋和大气管理局也在积极研究卫星再入和可能对气候产生的影响。马洛尼说：“确实有很多未知数。” “这些绝对是值得进一步调查的课题。”
意外（和监管）的空间
航空航天公司民用和商业发射项目高级项目工程师、长期倡导澄清火箭发射对气候影响的马丁·罗斯表示，人们对这一问题的兴趣激增是可喜的消息。
罗斯说：“每个人都预计太空业务会大幅增长，这就是症结所在。” “鉴于增长、再入、发射和使用的推进剂组合的变化，所有这些都在不断变化，我们确实需要降低不确定性，以便我们能够可靠地预测未来会怎样。”
罗斯说，数千颗卫星组成的巨型星座是主要的担忧，因为它们中的大多数都是为临时性而建造的，不断地抛弃旧的或发生故障的航天器，然后用新发射的批次取而代之。撇开发射不谈，这相当于大量的“稳态通量”的炽热碎片雨点般地穿过大气层。其中一些——目前尚无人真正知道有多少——将以亚微米颗粒的形式存在，这些颗粒会在空气中停留很长时间，而不是迅速沉降。“如果你假设[巨型星座再入碎片]中即使有一半变成了对平流层具有一定重要性的尘埃，那么它也会与发射方面竞争，甚至比发射方面更大。”
卫星通常装有电子设备和含有重金属和奇异化合物的太阳能电池，与火箭相比，卫星还表现出更大的化学多样性，这让研究人员感到懊恼。罗斯说：“[卫星]有所有这些奇怪的金属，我们不知道它们与大气层的反应性会是什么。” “存在意外的空间。”
但乔治华盛顿大学空间政策研究所的劳拉·拉特利夫说，获得避免 неприятных сюрпризов 所需的必要数据并非易事。
例如，对于一些大气层外层，即逐渐过渡到太空的区域，测量数据非常匮乏。这个几乎未被研究的区域太低而无法轻易被卫星访问，太高而无法被气象气球到达，因此被戏称为“无知层”。然而，它可能对量化再入对地球大气层和气候从上到下的影响至关重要。
拉特利夫说：“我感到对这个问题投入了感情，因为我感到对我们的气候危机和解决这些问题投入了感情。” “这似乎是一个对大气层造成重大破坏的领域，甚至没有意识到这一点。”
她指出，虽然几乎所有人都同意地球的上层大气层和轨道环境都值得保护，但总的来说，这些地方都游离于国家和全球监管监督之外。拉特利夫说：“没有哪个机构的职责范围包括‘太空可持续性’。” “这在很大程度上是美国目前的问题。但就影响而言，这将是一个国际问题。”
不要向上看！
要获得太空飞行负面后果的全球性质的直观证据，请再次关注中国坠落的火箭助推器。截至撰写本文时，航空航天公司最新的预测称，长征五号B助推器应在7月31日美国东部时间上午7点后不久坠落地球（正负24小时）。随着火箭继续下降，这种不确定性将会缩小，但其撞击的确切时间和地点从根本上来说很难预测，因为地球上层大气层中的细微波动等看似微不足道的变量可能会对助推器的轨道衰减产生重大影响。
最有可能的是，与大多数太空碎片一样，助推器（或预测会完整到达地面的20%到40%的部分）将坠入海洋，海洋约占地球表面的71%。但航空航天公司在7月26日的一篇帖子中指出， “幸存碎片落在人口稠密地区的概率非零——世界上超过 88% 的人口居住在再入的潜在碎片足迹之下。”
这种轻微但显著的风险与最近发表在《自然·天文学》杂志上的一项研究结果一致，该研究分析了三十年的数据，以估计不受控火箭再入造成人员伤亡的可能性。
不列颠哥伦比亚大学的迈克尔·拜尔斯和他的同事计算出，按照目前的做法，在未来十年内，从轨道上自由坠落的火箭造成一人或多人受伤或死亡的可能性约为 10%。 （大多数火箭助推器不会进入轨道，而是在发射场下游的明确区域内坠落。那些确实进入轨道的火箭助推器通常会点燃发动机，以确保更安全地脱离轨道进入公海，并在再入过程中几乎完全解体。然而，长征五号B上面级的设计目的不是重启其发动机。）
总的来说，与蓬勃发展的太空部门相关的多重且不断增加的风险应该为所有人敲响警钟，私人公司Privateer的联合创始人兼首席科学家莫里巴·贾说，该公司的成立宗旨是“像对待生命一样对待太空环境”。硅谷偶像、苹果公司联合创始人史蒂夫·沃兹尼亚克担任Privateer总裁。
贾说：“归根结底，我们希望太空环境更加透明。” “上面有什么？它属于谁？它能做什么？它必须更可预测。目前，我们无法预测我们行动的预期后果，更不用说意外后果了。”
贾说，就监管行动而言，无论现有的条约是什么，它们的解释都非常宽松，以至于情况岌岌可危。“我认为，如果各国能够展现领导力，并展示出可衡量的、努力做到环境友好的方法，其他国家可能会被吸引采取更适当的行为，”他补充道。