科學(xué)家們首次實現(xiàn)了近乎實時的觀測，成功捕捉到太空碎片在地球大氣層中燃燒時形成的空氣污染云團。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。

此次觀測的焦點是一團由鋰構(gòu)成的污染云團，其形成源于SpaceX獵鷹9號火箭的一個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隊利用激光雷達技術(shù)，成功探測到了這團云團。激光雷達通過發(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，研究團隊在得知火箭箭體墜落的消息后，迅速意識到這是一個難得的研究機會。他們立即分析了風(fēng)向數(shù)據(jù)，確認風(fēng)向有利于觀測后，迅速啟動了激光雷達設(shè)備，并在次日夜間進行了測量。數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，鋰濃度在特定高度和時間點顯著增強了十倍，為研究提供了確鑿的證據(jù)。

溫進一步解釋說，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在風(fēng)的作用下，經(jīng)過約20小時穿越西歐，最終抵達德國。而碎片殘骸則在極短的時間內(nèi)，穿越了從愛爾蘭到波蘭西部的1500公里距離。

為了確認這團云團確實來自獵鷹9號的再入過程，研究團隊利用歐洲中期天氣預(yù)報中心的全球大氣環(huán)流模型進行了反向追蹤。模型結(jié)果顯示，云團在正確的時間點與再入的獵鷹9號殘骸軌跡相交，從而驗證了研究的準(zhǔn)確性。

研究團隊選擇鋰作為追蹤對象，是因為鋰在大氣中的自然含量極低，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，會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低于天然隕石的數(shù)量，但科學(xué)家認為，太空垃圾造成的空氣污染具有獨特的風(fēng)險。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與氧氣反應(yīng)生成氧化鋁，這種物質(zhì)會加速臭氧層消耗，并改變大氣的反射率，進而影響地球溫度。

溫還提到，鋁的測量難度極大，因為它與氧氣的反應(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，就會與遇到的第一個氧原子結(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·馬雷斯對這項研究給予了高度評價。她表示，這項研究是觀測航天領(lǐng)域活動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。馬雷斯認為，這項研究的見解以及未來類似的后續(xù)研究，對于改進模型至關(guān)重要，因為這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。一項基于高空飛機測量的研究證實，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聯(lián)系起來，為這一推測提供了直接證據(jù)。

溫強調(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，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。萊布尼茨團隊計劃繼續(xù)他們的觀測工作，并已經(jīng)建造了一種新型激光雷達儀器，能夠同時測量多種金屬化合物的痕跡，以進一步深化對太空碎片再入過程的理解。