从 Falcon 9 火箭非受控再入测量锂羽流

坠落的火箭为何关系到我们的空气

我们大多数人把太空垃圾视为卫星和宇航员面临的问题，而不是关系到我们呼吸的空气的问题。但每当火箭或卫星重返地球时，它会在我们头顶高空烧蚀，并把人为金属释放到大气中一个脆弱的层次。该研究以非凡的细节追踪了这样一次事件，显示 SpaceX Falcon 9 火箭解体后在德国北部上空留下了可探测的锂羽流。该工作提供了早期证据，表明蓬勃发展的“新太空时代”可能悄然改变上层大气的化学成分，并在长期内甚至影响气候和臭氧层。

炽热的回归与隐蔽的金属痕迹

2025 年 2 月 19 日，Falcon 9 火箭的上级在欧洲上空发生非受控再入。地面的人们看到一道明亮的火球划过天空，硬件在大约 100 公里高空解体，地点位于爱尔兰西侧。他们看不到的是火箭的铝‑锂外壳与部件正在汽化，将锂原子释放到称为中间层和低热层的区域。由于锂在进入的大气尘埃中极为罕见，但在航天器合金和电池中常见，它成为人造材料而非天然流星的清晰指纹。

用激光和雷达“倾听”天空

位于德国库伦斯博恩的研究人员正好在运行一种专用激光系统（或称激光雷达，lidar），该系统调谐到锂原子自然吸收和再发射的光谱颜色。大部分夜间，上层大气中的锂信号仅略高于背景水平。然后，在 2 月 20 日午夜刚过，仪器突然记录到在大约 94.5 到 96.8 公里高度之间的一个狭窄层内锂浓度出现十倍的跃升。这个强烈的层持续大约 40 分钟，直到观测期结束，明显区别于正常条件。同时，一个流星雷达网络在三维追踪高空风场，提供了周围气流如何流动的详细图像。

将羽流追溯到源头

为弄清这股富含锂的空气来自何处，团队使用了一个延伸到高层大气并与现实天气分析相连的全球大气模型。他们从激光雷达探测的时间和位置释放了数千个“虚拟气团”，并逆向计算这些轨迹，同时加入雷达测得的现实风场扰动。许多这些回溯路径会聚到爱尔兰西侧附近的一片区域，约 100 公里高度，与已知的 Falcon 9 再入轨迹在时间和地点上吻合。一个实例路径在高度和水平距离上都与火箭轨迹相距仅几公里，强烈表明在德国上空观测到的羽流是早先解体产生的碎片，并被风在大约 20 小时内携带了约 1600 公里。

排除自然界的常见嫌疑者

上层大气确实存在由流星烧蚀产生的天然金属层，这些金属有时会在电场和风场作用下被重塑成中性金属原子的薄片。为了检验观测到的锂层是否可能属于这些常见特征，科学家检查了来自附近监测站的电离层测量、风切变和地磁活动。没有强烈的“散发 E 层”（带电金属层），也没有有利于此类层积累和下沉的风场模式，亦无能在该区域搅动并自然浓缩锂的地磁风暴。结合锂在流星物质中的极度稀少性，这些观测使自然解释极不可能。

这对未来天空意味着什么

该案例研究是首次来自已知再入航天器的上层大气污染的直接、时间解析测量，也是首次显示航天器材料的汽化可在近 100 公里高度开始。作者估算，单个 Falcon 9 阶段可能含有的锂，是地球每日从空间尘埃自然接收量的数百倍。随着卫星超级星座的增长以及更多级和卫星烧蚀，进入大气的总金属质量和异常金属混合预计将显著增加。尽管对臭氧、高空云和气候的确切后果仍不确定，这项工作表明现在可以从地面识别并追踪来源于太空的污染物。将此类测量扩展到更多地点和更多金属，对理解并最终管理我们不断扩大的太空存在的环境足迹至关重要。

引用: Wing, R., Gerding, M., Plane, J.M.C. et al. Measurement of a lithium plume from the uncontrolled re-entry of a Falcon 9 rocket. Commun Earth Environ 7, 161 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-025-03154-8

关键词: 太空碎片, 火箭再入, 上层大气, 锂羽流, 卫星污染