为什么微小的太空垃圾会造成惊人的破坏?

2021年3月17日11:22:50科学探索71阅读模式

北京时间2016年3月17日,欧洲航天局宇航员蒂姆皮克分享了一张照片。照片中,国际空间站(ISS)的玻璃窗上有一个大约0.25英寸长的凹痕。这个凹痕是怎么来的?——由微小的太空垃圾引起。

它可能是一小块油漆或从卫星上掉下来的金属碎片。这些碎片的宽度只有千分之几毫米,甚至不比一个大肠杆菌细胞大多少。

然而,如此微小的碎片怎么会造成如此明显的伤害呢?

为什么微小的太空垃圾会造成惊人的破坏?

地球周围太空垃圾模拟图

亚利桑那大学的天文学家毗湿奴雷迪说:“归根结底,还是速度。”根据欧洲航天局的数据,在国际空间站和大多数其他卫星的高度(离地球大约400公里),物体每90分钟绕地球移动一次。美国宇航局讲师兼飞行控制员罗伯特弗罗斯特(Robert Frost)在问答网站Quora上解释说,这意味着物体的飞行速度将超过每小时25200公里,是地球上子弹平均射击速度的十倍。

撞击的能量不仅与物体的大小有关,还与物体的速度(运动的速度和方向)有关。Reddy解释说,这就是小子弹能造成大伤害的原因;任何物体,如果以足够高的速度运动,都会带来危险。

麻省理工学院航空航天副教授凯瑞卡霍伊说,要记住的另一件事是速度是可以累加的。也就是说,两个运动方向相反的物体碰撞时,其撞击能量会增加。

卡霍伊说:“例如,在高速公路上行驶的车辆。”她说,同一方向的两辆快速行驶的车辆可能会相撞,但“碰撞不会特别强烈”。但如果是轿车——或者仅仅是轻型摩托车——与高速车辆迎面相撞,会造成非常严重的伤亡事故。

同样,在太空中,高速碎片撞击国际空间站时,也会留下相对明显的痕迹。

为什么微小的太空垃圾会造成惊人的破坏?

当一小块太空垃圾撞上国际空间站时,欧洲航天局宇航员蒂姆皮克拍摄了撞击后留下的凿痕。

在太空中,人造卫星、宇宙飞船和碎片沿着各种轨迹飞行;一个物体可能绕赤道水平移动,而另一个物体可能绕地球两极垂直移动。有些物体甚至会“逆行”,也就是逆着地球轨道运动。随着越来越多的碎片散落在太空中,近地轨道(国际空间站在其中运行)越来越像是高峰时段拥挤的高速公路。Kahoi说:“这会带来各种潜在的威胁。”

到目前为止,国际空间站的宇航员非常幸运,没有更大的碎片撞上他们的窗户。根据欧洲航天局的说法,微生物大小的碎片可能只会留下凹痕,但如果被豌豆大小的碎片取代,可能会导致关键飞行系统的故障。如果是乒乓球残骸那么大呢?雷迪说:“这将是一场灾难。”他说,如此大量的太空垃圾会导致空间站迅速减压,从而使空间站上的宇航员无法呼吸。

太空垃圾的问题日益突出。根据伦敦自然历史博物馆的数据,地球轨道上至少有1.28亿个碎片,其中多达3.4万个是直径超过10厘米的碎片。这些只是大到可以被探测到的碎片。换句话说,可能还有更多我们没有发现的片段。这些小碎片会在人造卫星被极紫外辐射自然风化的时候产生,在较大的空间碎片碰撞或者人造卫星按计划被摧毁的时候产生。这些大碎片包括3000颗废弃的人造卫星、螺栓和其他在宇宙飞船发射过程中掉落的部件。

雷迪说,通过跟踪太空垃圾,科学家可以告诉国家和公司何时让航天器远离飞行碎片。根据自然历史博物馆的数据,自1999年以来,国际空间站已经进行了25次类似的避让行动。此外,研究人员一直在开发各种方法来清理太空垃圾,例如使用钩子、网和磁铁将太空垃圾拖回地球大气层。

太多的太空垃圾会给人类在地球轨道上运行卫星或其他航天器带来危险。雷迪说,虽然我们离这一天还很远,但尽快解决太空垃圾问题,防止未来问题恶化,是非常重要的。

他说:“我们在很多事情上离不开空间,比如通讯、天气预报、银行、娱乐、军事。就人类文明的发展而言,如果不能深入太空,我们的文明就会倒退很多。”(林云)

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