MIT研究：温室气体排放将导致近地轨道卫星承载能力减少66%

近日，麻省理工学院（MIT）发布了一项引人注目的研究成果，涉及温室气体排放对近地轨道环境的影响。这项研究发表在《自然・可持续性》杂志上，由MIT航空航天工程团队进行，揭示了温室气体排放如何改变高层大气，进而影响未来卫星和其他航天器在低地球轨道的承载能力。

热层的关键角色

研究指出，热层（thermosphere）的变化在这一过程中扮演了至关重要的角色。热层是国际空间站和大部分卫星所处的区域，其正因全球温室气体的排放而受到显著影响。随着热层的收缩，大气密度降低，这意味着飞行器所面临的大气阻力随之减少。

一般而言，大气阻力会导致老旧卫星和太空垃圾被逐渐拖向低轨道，最终与稀薄的空气分子接触，发生燃烧，化为无形。在低密度环境下，阻力的减少将延长这些物体在轨道上的生存时间，从而使得太空变得愈加拥挤，碰撞风险加大。

研究背后的重要发现

MIT团队通过模拟不同温室气体排放情景对高层大气及轨道动态的影响，估算了低地球轨道的“卫星承载能力”。研究作者Richard Linares副教授表示：“过去一百年的温室气体排放行为将深刻影响未来一百年我们如何操作卫星。” 主要作者William Parker补充道：“随着气候变化不断影响高层大气的稳定性，我们必须严肃对待这项挑战。”

数据显示，当前低地球轨道上已有超过10,000颗卫星在运行，这些卫星承担着互联网、通信、导航、天气预报和金融服务等多种重要功能。随着近年来卫星数量的迅猛增加，运营商必须定期进行碰撞规避操作以确保安全，但每一次碰撞都可能产生长达数十年甚至数百年的太空碎片，这在未来将增加新老卫星之间的碰撞风险。

未来一百年的挑战与机遇

根据研究，未来一百年内，卫星发射数量将继续增加，尤其是用于提供太空宽带互联网服务的“星座”卫星。Parker指出：“我们试图了解我们目前的轨道利用路径是否可持续，尤其是在卫星迅速增多的背景下。”

研究团队模拟了多种温室气体排放情景，包括维持2000年水平和全球气候变化专门委员会（IPCC）各类社会经济路径（SSPs）的变化情景。研究结果表明，到本世纪末，与保持2000年排放水平的情景相比，200公里至1000公里高度范围内的卫星承载能力可能会下降50%至66%。一旦超出安全承载量，局部区域可能会出现“失控不稳定性”，即碰撞级联效应，进而导致太多碎片的产生，使卫星的安全运营成为奢望。

应对拥堵的迫切性

尽管研究的时间范围延伸至2100年，但确实有些大气层已经由于卫星数量的剧增而趋于拥挤。尤其是类似于SpaceX的“星链”等巨型卫星群，由数千颗小型互联网卫星组成，已经开始显示出潜在的拥堵风险。

随着太空资源的日益紧张，如何有效地管理卫星发射、降低温室气体排放、以及避免太空拥挤成为全球科研、产业及政策制定者亟待解决的重要议题。在这一背景下，掌握航天器在高层大气中的动态行为，以及对不同排放情景的有效应对，将是保护太空环境、实现可持续发展的重要一步。

来看，MIT的这项研究不仅提供了对未来近地轨道承载能力的深刻洞察，也为当前全球应对气候变化的努力提供了新的视角和启发。人类在探索太空和维护地球环境的道路上，必须找到平衡与可持续发展之道。