科學(xué)家們首次實(shí)現(xiàn)了近乎實(shí)時(shí)的觀測，成功捕捉到太空碎片在地球大氣層中燃燒時(shí)形成的空氣污染云團(tuán)。這一突破性發(fā)現(xiàn)，為大氣化學(xué)領(lǐng)域的研究提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有助于深入理解再入過程中產(chǎn)生的有毒污染物如何引發(fā)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，以及這些反應(yīng)可能對地球大氣和氣候造成的潛在影響。

此次觀測的焦點(diǎn)是一團(tuán)由鋰構(gòu)成的污染云團(tuán)，其形成源于SpaceX獵鷹9號火箭的一個(gè)上級箭體在歐洲上空墜落。碎片散落至波蘭后，德國萊布尼茨大氣物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)利用激光雷達(dá)技術(shù)，成功探測到了這團(tuán)云團(tuán)。激光雷達(dá)通過發(fā)射脈沖激光，并根據(jù)光的頻率激發(fā)特定化學(xué)元素，從而實(shí)現(xiàn)對大氣成分的精確測量。

該研究的通訊作者羅賓·溫透露，研究團(tuán)隊(duì)在得知火箭箭體墜落的消息后，迅速意識(shí)到這是一個(gè)難得的研究機(jī)會(huì)。他們立即分析了風(fēng)向數(shù)據(jù)，確認(rèn)風(fēng)向有利于觀測后，迅速啟動(dòng)了激光雷達(dá)設(shè)備，并在次日夜間進(jìn)行了測量。數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，鋰濃度在特定高度和時(shí)間點(diǎn)顯著增強(qiáng)了十倍，為研究提供了確鑿的證據(jù)。

溫進(jìn)一步解釋說，火箭的大部分在愛爾蘭海岸上空約96公里的高度蒸發(fā)殆盡，隨后形成的污染云團(tuán)在風(fēng)的作用下，經(jīng)過約20小時(shí)穿越西歐，最終抵達(dá)德國。而碎片殘骸則在極短的時(shí)間內(nèi)，穿越了從愛爾蘭到波蘭西部的1500公里距離。

為了確認(rèn)這團(tuán)云團(tuán)確實(shí)來自獵鷹9號的再入過程，研究團(tuán)隊(duì)利用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心的全球大氣環(huán)流模型進(jìn)行了反向追蹤。模型結(jié)果顯示，云團(tuán)在正確的時(shí)間點(diǎn)與再入的獵鷹9號殘骸軌跡相交，從而驗(yàn)證了研究的準(zhǔn)確性。

研究團(tuán)隊(duì)選擇鋰作為追蹤對象，是因?yàn)殇囋诖髿庵械淖匀缓繕O低，因此能夠作為人為再入過程的良好示蹤劑。溫指出，天然隕石中的鋰含量非常少，全球每天的天然鋰輸入量約為80克。然而，僅一枚獵鷹9號火箭中，鋁鋰合金外殼加上鋰電池，鋰的總含量就高達(dá)約30公斤。

近年來，太空碎片再入大氣層的問題日益凸顯。隨著軌道上衛(wèi)星數(shù)量的激增，每天有超過三件太空碎片墜入地球，包括舊衛(wèi)星、廢棄火箭箭體以及各種碎片。這些碎片在大氣層中燃燒時(shí)，會(huì)釋放出大氣中原本不存在的化學(xué)物質(zhì)，可能對大氣層的保護(hù)性臭氧層造成破壞，并改變其熱平衡。

盡管再入太空垃圾的總量仍遠(yuǎn)低于天然隕石的數(shù)量，但科學(xué)家認(rèn)為，太空垃圾造成的空氣污染具有獨(dú)特的風(fēng)險(xiǎn)。溫表示，目前人們對鋰對大氣過程的影響知之甚少，大部分科學(xué)爭論都集中在鋁上。鋁是航天器主體中最豐富的金屬，已知在大氣燃燒過程中會(huì)與氧氣反應(yīng)生成氧化鋁，這種物質(zhì)會(huì)加速臭氧層消耗，并改變大氣的反射率，進(jìn)而影響地球溫度。

溫還提到，鋁的測量難度極大，因?yàn)樗c氧氣的反應(yīng)速度極快，僅需一微秒。因此，鋁從火箭外殼中蒸發(fā)的那一刻，就會(huì)與遇到的第一個(gè)氧原子結(jié)合，使得直接觀測變得異常困難。

倫敦大學(xué)學(xué)院大氣化學(xué)與空氣質(zhì)量教授埃洛伊薩·馬雷斯對這項(xiàng)研究給予了高度評價(jià)。她表示，這項(xiàng)研究是觀測航天領(lǐng)域活動(dòng)對大氣層影響的重要里程碑，尤其是考慮到燒蝕再入目前是清理日益擁擠的軌道的唯一可行方法。馬雷斯認(rèn)為，這項(xiàng)研究的見解以及未來類似的后續(xù)研究，對于改進(jìn)模型至關(guān)重要，因?yàn)檫@些模型是評估航天器再入對全球環(huán)境影響的基礎(chǔ)。

此前，科學(xué)家們一直推測日益增多的再入太空垃圾可能對大氣層產(chǎn)生影響。一項(xiàng)基于高空飛機(jī)測量的研究證實(shí)，平流層中約10%的氣溶膠顆粒含有來自燒毀衛(wèi)星的金屬顆粒。而此次新研究則首次將特定的再入事件與可見的大氣污染云團(tuán)聯(lián)系起來，為這一推測提供了直接證據(jù)。

溫強(qiáng)調(diào)，此次研究首次證明了科學(xué)家有能力追蹤和觀測來自太空碎片的污染云團(tuán)，并將其與單一再入事件關(guān)聯(lián)起來。這一突破不僅在觀測技術(shù)上具有重要意義，也為未來的研究提供了新的方向和方法。萊布尼茨團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)他們的觀測工作，并已經(jīng)建造了一種新型激光雷達(dá)儀器，能夠同時(shí)測量多種金屬化合物的痕跡，以進(jìn)一步深化對太空碎片再入過程的理解。