地球上空有 1.9 萬個超大型太空垃圾,而且它們真的砸過人!

地球上空有 1.9 萬個超大型太空垃圾,而且它們真的砸過人!
地球上空有 1.9 萬個超大型太空垃圾,而且它們真的砸過人!

【為什麼我們要挑選這本書】無論是馬斯克、貝佐斯都在 爭相搶奪「太空商機」,但當人類朝宇宙發射無數火箭與衛星後卻會產生大量「太空垃圾」,這些太空垃圾有危險性嗎?每天會有多少砸在地球上?人類一直以來是如何處理太空垃圾的?

本文選自《你也被唬弄了嗎?20 個最容易被誤解的科普知識》,作者軌道君(궤도)是年輕的科學知識傳播者,畢業於韓國延世大學天文宇宙學系與研究所,下文你將了解所有有關太空垃圾的大小事。(責任編輯:藍立晴)

「垃圾」一詞通常用在比較負面的地方。如果稱某人為垃圾,表示對那人一點好感也沒有。說貪汙受賄的人時,也經常用這個單字來形容他們。垃圾偶爾受到關注的情況,大概像有人把飲料喝完後,隨手把罐子丟在公園長椅上,讓看到的人心裡產生不快的這種程度而已。

不過若是換到宇宙裡,狀況就不一樣了。世界各地的科學家都關注著,目前這一刻仍飄浮在地球周圍的太空垃圾。題外話,若上網搜索研究宇宙垃圾的科學家名字,太空垃圾會一起跳出來,儼然成為他們本人的相關搜索詞了。

不是一般的垃圾,竟然是太空垃圾!自從全國各地的人們,都跑到釜山海雲台遊玩後,開始製造出大量的海洋垃圾;同樣地,當人類走向宇宙的那一刻起,自然也開始製造太空垃圾。從壽終正寢的人造衛星、到被丟棄的火箭外殼、還有破碎的衛星碎片等,各種各樣的東西都在外太空漂浮著。除了這些人為的垃圾,也有許多非人為的大自然垃圾,像是彗星、小行星殘骸、冰塊和灰塵等。

太空垃圾不只是垃圾,還是「不定時炸彈」

問題是,這些垃圾不只造成惡臭或不美觀。它們圍繞著地球漂浮,乍聽之下很和平的樣子。但實際上這種米格魯犬似的太空垃圾,不可能安安穩穩地待在原地,而是發瘋似地在地球軌道上急速運行,有的速度甚至每秒達到八公里。在此舉個例子給大家參考。

一般子彈的速度,大概比每秒一公里慢一些,威力可想而知。太空垃圾有如此速度,無論它的體積重量多小多輕,只要輕碰一瞬間,立刻支離破碎。再加上,目前有數百萬個太空垃圾漂泊在宇宙中。對於善良的人造衛星或國際太空站來說,簡直是無數的不定時炸彈。

至於狀況有多可怕,讓我們一探究竟。假設與大小約五寸的太空垃圾相撞,受撞擊的程度,等於搬運行李的大型卡車,以每小時二百公里的時速迎面撞來。至於,與體型更大的傢伙發生衝突時會是何種局面,我想不必多加舉例了。

每年有相當 16 萬顆足球的「太空垃圾」從天而降

現在地球周圍有四千七百個人造衛星,如同大家所知,衛星的體積相當巨大。 其中正常運作的衛星不到一半,其餘都在太空中漫無目地遊蕩。

包括衛星在內,目前體型巨大的太空垃圾數量大約是一萬九千個,已掉落到地面上的傢伙,則有二萬四千個左右。已有眾多的太空垃圾掉到地球上,數量仍持續增加中。雖然有些通過大氣層時已被燒毀,不過,每年還是有約八十噸以上的宇宙垃圾掉落在地球上。

這個數字相當驚人,以足球比喻, 等於每年有十六萬個足球從天而降。 若以一百韓元的硬幣(直徑二點四公分,比十元台幣的硬幣二點六公分略小)來換算,大概等於一千五百萬枚硬幣。如果把這些硬幣黏成一列,長度比首爾到釜山的距離還長(約基隆到台南,三百二十五公里)。

一提到太空垃圾,讓我想起幾部電影。以前有《世界末日》和《彗星撞地球》等大型製作的科幻災難鉅片,主要以小行星撞擊地球為題材,讓觀眾身陷危機感。

二○一三年出現了一部特別的電影,內容提及太空垃圾撞擊國際太空站的情節,就是由墨西哥導演艾方索.柯朗(Alfonso Cuarón)執導,好萊塢知名女演員珊卓.布拉克(Sandra Bullock)主演的《地心引力》。

一九七八年,NASA 的唐納德.凱斯勒(Donald Kessler)博士首度公開了太空垃圾對宇宙環境產生負作用的理論,並得到了多數悲觀論者的共鳴。之後,陷入憂慮的人們在不安的心理下,以這位科學家之名,將這種現象命名為「凱斯勒症候群」(Kessler Syndrome)。

電影《地心引力》的故事,就是從這裡開始。一個人造衛星與其他衛星相撞後,變成太空垃圾。數千塊破碎的碎片,再度增加撞擊其他衛星的可能性。遭到撞擊的衛星破碎後,太空垃圾的數量上升至數百萬個。如此一來,地球的周圍將被太空垃圾覆蓋,人類也將失去發射衛星的空間。我們只能一籌莫展,看著太空垃圾不斷掉落至地球。

不只失去了發射衛星的空間,掉落到地球的太空垃圾也不能掉以輕心。唯一值得慶幸的是 ,天然的太空垃圾大都是冰塊,多數通過大氣層時就燃燒殆盡,因此不必太擔心 (果然不管是鰻魚或太空垃圾,都是天然的最好)。

問題卻出在, 人造衛星或火箭碎片等人為的太空垃圾。為了讓它們順利進入太空,設計時已使用了特殊材料,即使經過大氣層也不會被燒毀。

現實中,也曾發生過太空垃圾災難事件

試想一下,一間發出糞便惡臭的洗手間,第一個開門的人,可能嚇得連上廁所的想法都沒了,直接掩鼻落荒而逃。但只要勉強用過一次,第二次再進去就變得容易多了。火箭也是如此,只要它能平安無事地穿越大氣層,當它成為太空垃圾,重新回到地球時,頂多覺得身體暖呼呼,輕輕鬆鬆就進入大氣層了。就是說,它不會經過燃燒就消失不見。

大家都知道,太空船或流星進入大氣層時,會與大氣產生摩擦而引起燃燒現象。當然,在某種程度上,摩擦熱也會影響溫度上升。

但實際上,進入大氣層的物體因移動太快,所以物體前方的空氣產生巨大的壓力,造成其他熱能無法進出,而被擠壓的空氣就像人滿為患的公車,造成內部的溫度上升(在沒有熱量出入的情況下,若從外部受力導致體積縮小,內部能量增加會導致溫度上升)。

這個過程叫作「絕熱壓縮」(adiabatic compression)。若是溫度上升至數千度,空氣就會變成電漿(將固體、液體、氣體持續加熱的話,最後分子會分解,變成四處流竄的狀態)。 然後,這些度過艱澀時刻的太空垃圾,最終還是會踏上地球的土地。

現實生活中,也曾發生數起太空垃圾造成的受害事件。一九六○年,古巴一個牧場被太空垃圾擊中,造成乳牛死亡;日本則有船隻被太空垃圾打中,造成船員負傷;也有人直接被太空垃圾擊中的例子。

一九九七年,羅蒂.威廉斯(Lottie Williams)被從美國衛星上掉下來的太空垃圾擊中肩膀。慶幸的是,雖遭逢意外,並沒有造成太大的傷害。二○○九年,英國有個太空垃圾直接穿破了某戶人家的屋頂。這個黑不溜丟的金屬塊,竟是四十年前將阿波羅十二號(Apollo 12)送上太空的火箭燃料桶。

太空垃圾問題這麼嚴重,該怎麼清除?

太空垃圾與一次性垃圾的問題一樣嚴重。二○一八年,中國廢棄的國際太空站墜落在南太平洋,其他的人造衛星和太空垃圾,同樣尋找墜落的機會。

聯合國和平利用外太空委員會(COPUOS,聯合國唯一針對太空領域而設立的特別委員會)甚至認為,有必要制定針對太空垃圾的國際共同對策。

嗯,說起來,大家一起合作解決問題,應該是好事,但也有不少人認為,大部分的太空垃圾,都是以前美國和俄羅斯製造的,如今卻說是大家共同的責任,似乎對其他國家有失公平。

但現在可不是吵架的時候,必須解決問題。與一般垃圾相比,處理太空垃圾有些不同。清除的重點在於,不是消滅它或回收再利用,而是重新空出它占據的空間。

眾多的衛星都被一條名為「重力」的繩索捆住,在地球的周圍接力賽跑。在一般情況下,不參加運動會或已按照順序完成比賽的衛星,必須將接力棒交給下一位選手,然後離開跑道才正常。

有兩種方法可以讓它們離開既定的跑道:

第一,跑得非常快,快到足以把綁住它的重力繩索扯斷,往運動場外飛奔而出;再者,逐漸放慢速度,往運動場的內側走去,最後停下腳步。

從前人類曾想用「雷射」解決太空垃圾,但最終不了了之

以前曾用 雷射 照射太空垃圾,失去平衡的太空垃圾最後會掉在地面上。但雷射的費用很高,且改變軌道的太空垃圾在旋轉的過程中,與其他物體相撞的可能性也很高,所以最近很少使用這種方式了。

若想把太空垃圾送到離地球很遠的地方,同樣需要大量的能源。因此一般情況下,還是採降低速度並墜落到地球的方式。

如果在太空垃圾上安裝電磁繩或自殺衛星使其減速,它們會逐漸降低高度,再掉入大氣層。另外,還可以用機器人手臂直接回收太空垃圾,或把黏性很高的氣球裝在小型衛星上,讓它盡可能吸附太空垃圾,最後再一起墜落。

美國德克薩斯州農工大學研發的太空垃圾清除工具── Sling-Sat 衛星,可用最少的燃料清除最多的太空垃圾。外型就像打開雙臂、雙手各提著籃子的人。它站在太空垃圾會經過的路口,穩穩接住飛來的太空垃圾。

爐火純青的技術,簡直媲美牛棚裡的捕手。不只接住就結束了,它還會利用接到的太空垃圾本身的速度,借力使力來旋轉,最後像外野後衛一樣,把太空垃圾投回地球。利用太空垃圾的力量來處理太空垃圾,這招以夷制夷、將太空垃圾回收的戰略,可說是發揮到了極致。

太空垃圾造成的問題及損害,我想是人類面臨的難題之一。伴隨科學技術發展,出現各種不可避免的特殊現象這點我們都承認。

如果找不到解決方案,所有人都可能面臨非常不樂觀的困境。從實驗室誕生的嶄新個體,正在破壞生態系統,科學技術中不可預見的副作用,導致沙漠化或全球暖化等現象,給地球帶來重大的損害,這些都是事實。

但是太空垃圾與破壞生態系統、沙漠化或全球暖化等並不同,它不單是科學技術造成的負面結果,兩者之間有顯著的差異。

所有太空垃圾都曾是「太空英雄」

雖然現在被稱為垃圾,當年卻是開發太空的英雄。因為往太空發射了人造衛星,我們現在才能用手機找路、確認昨天的事項、或查詢明天的天氣。如今,把用不到的東西稱為垃圾,雖然是界定事物意義的行為,但我認為對它們而言,這樣的定義似乎不太恰當。

我們並不是處理太空中被丟棄的垃圾,它們是替人類在最高處、最貧瘠的地方竭盡全力,最後不支倒下的戰友遺體。它們為航太技術的發展付出巨大的貢獻,用盡最後的力氣,從三段式的火箭裡,將小小的衛星推向太空。

或許,在嚥下最後一口氣前,它們還在思考著能為人類做些什麼,所以我們不該隨隨便便叫它們垃圾。

我用一件非常微小的事比喻:假設你買了一台珍貴的新型筆電,廠商為了用最完整的狀態送到你身邊,就像貝殼包覆著珍珠,他們在容易被人踐踏和撞傷的快遞箱子裡,放了一些保麗龍。

電腦送達之後,你真的能把這些保麗龍當作垃圾嗎?取走所需物品後,剩下泡沫般的塑膠發泡材料。此時,你開始煩惱如何處理它們。如果你是有公民道德教養的人,在當作垃圾丟掉前,至少會盡到最後的禮儀,拿到資源回收站做分類。這也是在自己能力範圍內,為這個盡忠職守的好幫手,致上最後的心意。

(本文書摘內容出自《你也被唬弄了嗎?20 個最容易被誤解的科普知識》,由 臺灣商務 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題;首圖來源:wiki。)

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