星链（Starlink）等通信公司计划在未来十年左右的时间里向地球轨道发射数万颗卫星。越来越多的流星雨已经给天文学家带来了麻烦，但最近的研究提出了另一个问题：当它们开始降落时会发生什么?
当这些卫星达到使用寿命时，它们将落入地球大气层并烧毁。一路上，它们会留下微小金属颗粒的痕迹。
根据一组美国研究人员上周发表的一项研究，这种卫星雨每年可能向大气中倾倒360吨微小的氧化铝颗粒。
铝将主要在50至85公里的高度注入，但随后将漂流到平流层 —— 地球上具有保护作用的臭氧层的所在地。
这是什么意思？根据这项研究，卫星的轨迹可能会促进破坏臭氧层的化学反应。这没有错，但正如我们将看到的，这个故事远不简单。
臭氧是如何被破坏的？
平流层中的臭氧损失是由“自由基” —— 带有自由电子的原子或分子 —— 引起的。当自由基产生时，它们开始循环，破坏许多臭氧分子（NOx、Hox、ClOx和Brox）。
当稳定气体被紫外线分解时，这些自由基就产生了，而平流层中有大量的紫外线。
氮氧化物（NOx）始于一氧化二氮。这是一种由微生物自然产生的温室气体，但人类制造肥料和农业增加了空气中的含量。
HOx循环涉及水蒸气中的氢自由基。虽然像2022年Hunga Tonga-Hunga Ha'apai水下火山喷发这样的事件有时会注入大量的水蒸气，但进入平流层的水蒸气并不多。
平流层中的水产生了许多小的气溶胶颗粒，它们为化学反应创造了很大的表面积，也散射了更多的光，形成了美丽的日落。
氯氟烃如何造成“臭氧层空洞”
ClOx和BrOx是造成臭氧层最著名破坏的循环：氯氟烃（CFCs）和哈龙造成的“臭氧空洞”。这些化学物质现在已被禁止，它们通常用于冰箱和灭火器，并将氯和溴引入平流层。
氯氟烃在平流层中迅速释放氯自由基。然而，这种活性氯很快被中和，并被锁在氮和水自由基的分子中。
接下来会发生什么取决于平流层中的气溶胶，在两极附近也取决于云层。
气溶胶为化学反应的发生提供了一个表面，从而加速了化学反应。结果，平流层中的气溶胶释放出活性氯（和溴）。极地平流层的云也会带走空气中的水和氮氧化物。
所以总的来说，当平流层气溶胶更多时，我们可能会看到更多的臭氧损失。
金属含量越来越高的平流层
由坠落的卫星注入氧化铝的具体细节将相当复杂。这并不是第一个强调再入太空垃圾对平流层污染日益严重的研究。
2023年，研究平流层气溶胶颗粒的研究人员在航天器重返大气层时发现了金属的痕迹。他们发现，10%的平流层气溶胶已经含有铝，并预测这一比例将在未来10 - 30年内增加到50%。（大约50%的平流层气溶胶颗粒已经含有来自陨石的金属。）
我们不知道这会产生什么影响。一种可能的结果是，铝粒子为含冰粒子的生长埋下了种子。这意味着会有更多更小、更冷、反射性更强的粒子，它们的表面积更大，可以发生化学反应。
我们也不知道铝粒子如何与平流层中的硫酸、硝酸和水相互作用。因此，我们不能确切地说这对臭氧损失有什么影响。
从火山中学习
为了真正了解这些氧化铝对臭氧损失意味着什么，我们需要实验室研究，更详细地模拟化学反应，并观察这些颗粒如何在大气中移动。
例如，在Hunga Tonga-Hunga Ha'apai火山爆发后，平流层中的水蒸气在南半球周围迅速混合，然后向极地移动。起初，这些额外的水导致了强烈的日落，但一年后，这些水气溶胶在整个南半球都被稀释了，我们再也看不到它们了。
一种被称为布鲁尔-多布森环流的全球气流，将空气上升到赤道附近的平流层，并在两极再次下降。因此，气溶胶和气体最多只能在平流层中停留6年。（气候变化正在加速这种循环，这意味着气溶胶和气体在平流层中的时间更短。）
1991年著名的皮纳图博火山喷发也创造了美丽的日落。它向平流层注入了1500多万吨二氧化硫，使地球表面温度下降了半摄氏度多一点，持续了大约三年。这一事件启发了地球工程的建议，即通过故意将硫酸盐气溶胶放入平流层来减缓气候变化。
许多问题仍然存在
与皮纳图博的1500万吨相比，360吨氧化铝似乎微不足道。
然而，我们不知道氧化铝在平流层条件下的物理行为。它会使气溶胶变得更小，反射性更强，从而冷却地表，就像平流层气溶胶注入地球工程的场景一样吗？
我们也不知道铝的化学反应。它会产生冰核吗？它如何与硝酸和硫酸相互作用？它会比目前的平流层气溶胶更有效地释放锁住的氯，从而促进臭氧的破坏吗？
当然，铝气溶胶不会永远停留在平流层。当它们最终落到地面时，这些金属污染会对我们的极地地区造成什么影响？
所有这些问题都需要解决。据估计，从现在到2030年，可能会发射5万多颗卫星，所以我们最好尽快解决这些问题。
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