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科学家担心旅行的增加可能会以意想不到的方式影响地球的气候。

火箭发射对大气层的影响真的可以忽略不计吗？

(图片)混合火箭发动机，如维珍银河火箭飞机上使用的发动机，会排放大量烟尘(图片来源:维珍银河)

科学家担心越来越多的火箭发射和太空旅行的兴起会损害地球大气层，导致气候变化。

亿万富翁理查德·布兰森和杰夫·贝索斯乘坐他们自己的亚轨道火箭飞向Tai 空震惊了世界。

但一些科学家认为，这些里程碑不仅代表了技术成就，也带来了新的问题。历经多年挫折，终于成功发射，标志着一个期待已久的时代开始了。这将是一个火箭发射频率远高于今天的时代，它将穿梭于大气层的平流层。以布兰森的维珍银河公司运营的“Tai 空 Ship II”为例。这些飞机使用的混合动力发动机燃烧橡胶释放烟尘。

“混合动力发动机可以使用多种燃料，但它们都会产生大量的烟尘，”意大利米兰理工大学航空航天空火箭推进技术副教授菲利普·麦咭说。几年前，他的团队发表了一篇关于混合火箭发动机排放的广泛分析文章。他还说:“这些发动机像蜡烛一样工作，它们的燃烧过程为烟尘的产生创造了有利条件。”

咨询公司Tai空Northern Sky Research的首席分析师达拉斯·卡萨博夫斯基(Dallas Kasabowski)表示，前往卫真星系的一次太空旅行持续了大约一个半小时，造成的污染相当于飞越大西洋10个小时的飞行。一些科学家认为这令人不安，因为维珍银河的目标是每天多次将付费游客带到泰空的边缘。

“即使亚轨道旅游市场的发射数量只是其他‘旅游’行业的一小部分，但每次发射都比其他贡献的排放量大得多，这将是一个问题，”Kasabowski告诉Tai 空 Network (Space.com)。

当然，维珍银河的火箭不是唯一的罪魁祸首。玛吉说，所有燃烧碳氢燃料的火箭发动机都会产生烟尘。固体火箭发动机，如美国宇航局航天飞机助推器过去使用的固体火箭发动机，燃烧金属化合物并与盐酸反应排放氧化铝颗粒，这两者都对大气造成破坏。

另一方面，蓝色起源(Blue Origin)的新谢泼德(new Sheppard)轨道器使用BE-3发动机，将液氢和液氧结合起来产生助推力。据专家介绍，与其他火箭发动机相比，BE-3的污染不是很大，主要是排出水和一些二次燃烧产物。

这张壮观的印度洋日落照片是由国际空间站的宇航员拍摄的。这幅图像显示了从轨道或临边观测看到的地球大气层的边缘。

(图片)火箭污染了原本纯净的平流层(图片来源:NASA)

知道得太少

对于美国国家海洋和大气管理局(NOAA)化学科学实验室的高级科学家凯伦·罗森洛夫(Karen Rosenlof)来说，最大的问题是火箭污染了更高范围的大气——即从大约6.2英里(10公里)的平流层高度到31英里(50公里)的中间层。

罗森洛夫告诉泰泰空“你们正在向通常不会排放污染的地方排放污染。“我们真的需要知道，如果我们增加这种排放，潜在的危害是什么？”

据经常与罗森洛夫合作的Aerospace 空大气科学家马丁·罗斯(Martin Ross)介绍，火箭发射对大气的影响至今可以忽略不计，但这只是因为火箭发射的次数没那么多。

罗斯向泰空透露。com:“目前航天工业消耗的燃料量还不到航空空工业的1%，所以还没有太多的研究，这可以理解。但情况正在发生变化，这需要更深入的研究。”

Kasowski表示，Northern Sky 空研究公司预测，未来十年，泰空的旅行次数将激增，从近期的每年10次增加到2030年的每年360次。然而，这一数字远低于维珍银河和蓝色起源等旅游公司的预期增长率。

卡萨布斯基还说:“亚轨道旅行的需求极高。其实这些公司已经有客户在排队了，所以想扩大规模。最终，他们会想一天飞行几次，就像短途飞机一样。”

预计由火箭发射进入轨道的卫星数量也将增加。但是，Kasaboski认为旅行too 空有更大的增长潜力。

“这就像货机和顾客之间的区别，”他说。更有乘客期待飞往泰空。”

在罗斯看来，问题在于科学界不知道，也没有足够的数据告诉我们，火箭发射何时开始对地球气候产生可测量的影响。与此同时，随着火箭发射次数的悄然增加，平流层已经在发生变化。

罗斯说:“即使在10级的范围内，这些‘火箭产生的’粒子的影响大小仍然是未知的。存在很大的不确定性，需要缩小范围，预测Tai 空对大气的影响。”

(图片)固体火箭助推器，如过去用于发射美国宇航局航天飞机的固体火箭助推器，会产生对臭氧层有害的物质(来源:美国宇航局/比尔·英格斯)

航天飞机的臭氧空孔

到目前为止，唯一直接测量火箭发射对大气化学变化影响的数据来自航天飞机时代。上世纪90年代，当全世界齐心协力拯救被破坏的臭氧层时，美国国家航空航天局(NSASA)、美国国家海洋与大气管理局(NOAA)和美国空陆军联合发起了一项研究航天飞机固体燃料助推器排放的气体对平流层臭氧影响的活动。

罗斯说:“在20世纪90年代，人们极度担心固体火箭助推器产生的氯气。氯对平流层臭氧有害，一些模型显示固体火箭助推器造成的臭氧损耗会非常严重。”

科学家们使用美国宇航局在佛罗里达州的WB57 high 空飞机飞越航天飞机火箭产生的羽流。高度达到60000英尺(19000公里)，这使得测量火箭穿越后平流层下部的化学反应成为可能。

领导这项研究的美国国家海洋和大气管理局(NOAA)化学科学实验室主任大卫·费伊(David Fay)告诉台网记者:“一个基本问题是，这些固体火箭推进产生了多少氯，以什么形式产生。我们进行了多次测量并分析了结果。当时航天飞机的发射还不足以产生全球性的影响，只是在局部地区，臭氧会被羽流(火箭发射留下的)消耗掉。”

航天飞机10年前就退役了，但产生破坏臭氧层物质的火箭今天还在把人和卫星送上Tai 空。

事实上，2018年，世界气象组织在其每四年发布一次的最新臭氧消耗科学评估报告中，将火箭列为未来可能的担忧。

(图片)火箭助推器超高空(图片来源:维珍银河)产生污染

比地球工程还糟糕。

罗森洛夫的团队使用NOAA强大的超级计算机来研究高层大气中人造物质的广泛影响。这项研究类似于众所周知的蝴蝶效应的预测，即空千英尺高空气体化学成分的微小变化对地球气候和天气模式的影响。在她看来，燃烧碳氢燃料的火箭排出的黑碳或烟雾尤其令人担忧。

罗森洛夫解释说，“煤烟的问题在于它会吸收紫外线，从而使平流层变暖。当平流层温度开始上升，也就是对流层以上(最接近地表)的那一层，平流层的运动就会发生变化，也就是能量传递会发生变化，这可能会影响到地表正在发生的一切。”

罗森洛夫指出，火箭产生的粒子引起了科学家的关注，因为它们可能在不同的背景下对全球气候产生影响——地球工程，即有意干预大气，以防止或缓解全球变暖。

罗森洛夫最近与人合著了一篇论文，该论文也使用了NOAA强大的超级计算机来模拟科学家所说的气候干预。该团队致力于研究二氧化硫颗粒在平流层下部(火箭排放的一部分)与烟尘一起扩散对气候的影响。众所周知，二氧化硫颗粒会将光线反射离开地球。烟雾从阳光中吸收能量，通过加热周围的空气体，将二氧化硫气溶胶粒子推向更高的高度。在这个高海拔，二氧化硫可以启动气候降温工作。该实验模拟了飞机在10天内在对流层上层释放110万吨反射阳光的二氧化硫和1.1万吨黑碳时会发生什么。

实验没有发现对地球气候有任何显著的负面影响。然而，这些结果并没有打消罗森洛夫对火箭发射次数越来越多所带来的风险的担忧。

改变喷射流

罗森洛夫说，“我们所做的地球工程实验中产生的黑碳量没有火箭排放的多。但问题是，你飞得越高，这些东西持续的时间就越长。两者都不理想，因为无论哪种方式都会在我们现在不供热的地方产生热量。”

玛吉说，混合火箭发动机产生的烟雾颗粒极其微小和轻。事实上，当他和他的同事试图在实验室测量混合火箭发动机的烟雾颗粒输出时，由于颗粒的微小尺寸，他们无法准确测量出可靠的数据。

玛吉说:“我们可以测量固体火箭推进器的粒子排放。它们大约只有一微米大小，而且数量很多。但是因为它们很大，所以着陆更快。然而，在混合火箭发动机中，我们无法收集羽流排放的烟雾，因为颗粒太小，通常只有几纳米。”

玛吉甚至担心这些粒子可能会永远留在平流层。

玛吉还说:“这些颗粒和飞机排放的碳一样大。我们知道，在飞机的巡航高度，大气中留下了一层碳。火箭推进器发射的粒子很可能会重蹈覆辙。”

多年来粒子的积累令科学家们担忧。正如气候危机随着排放到大气中的碳量的增加而慢慢开始一样，平流层中的污染可能在几年后才开始造成危害。

罗森洛夫还表示，从长远来看，进入平流层的污染物可能会改变极地急流，从而改变冬季风暴模式或影响平均降雨量。

罗森洛夫说，“也许在某些地方，它会从每年25英寸(64厘米)下降到每年20英寸(51厘米)，这听起来可能不是什么大事。但如果你是当地的麦农，你会发现降雨量的细微变化会影响农作物的产量。”

日程安排

费伊说，正因为如此，现在就开始评估未来风险的科学工作是至关重要的。

“这是一个根本性的差距。我们没有数据，这意味着科学是有限的，因为我们缺乏信息，”他说。我们认为，评估人类活动对平流层的影响是我们(NOAA)责任的一部分。火箭是平流层污染的主要和唯一来源，其影响会随着发射频率的增加而积累。”

费伊计划了一个更广泛的研究项目，以分析不同类型的火箭发动机和燃料的排放及其对平流层的影响。这些数据可用于Rosenlof的模型，以更好地预测预期发射次数增加的影响。但Fay表示，由于政治决定，应优先考虑NOAA及其基金合作伙伴，以便其再次派遣high 空飞机收集数据。他还提到，令人欣慰的是，美国国会似乎意识到了这个问题，事情可能很快就会开始改变。

他说:“我们希望看到一个由NOAA或美国空陆军主导的国家项目，根据观测结果建立数据库，记录现代推进系统的基本排放特征。我们不仅可以在地面测试中收集数据，还可以在空-就像我们在航天飞机上所做的那样，在发射后穿越羽流。”

重返巨型星座卫星造成的空气体污染可能导致臭氧层2.0版本出现空空洞。

作者:Tereza Pultarova

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