太空垃圾目錄將為之后的太空探索提供服務(wù)

太空垃圾目錄——月球計(jì)劃指南

月球任務(wù)的新太空垃圾目錄

月球任務(wù)的新太空垃圾目錄

未來幾年計(jì)劃有超過100次的登月計(jì)劃——包括即將到來的阿爾忒彌斯計(jì)劃（Artemis mession），航天局希望未來十年內(nèi)將人類重新送到月球。因此，科學(xué)家們正在創(chuàng)建一個新的太空垃圾目錄。它將幫助我們追蹤地球和月球之間的人造碎片，以免其成為問題。圖源NASA/The Conversation。

一直延伸到月球的太空垃圾

數(shù)十年來，科學(xué)家和政府機(jī)構(gòu)一直擔(dān)心于環(huán)繞在地球周圍的人造太空垃圾。但人類對太空的雄心不僅僅限于地球周圍的空間。20世紀(jì)60年代以來，隨著阿波羅計(jì)劃的啟動以及美蘇之間的太空競賽，人類也一直在月球周圍留下垃圾。

如今，專家估計(jì)，在地球和月球之間以及月球軌道上有幾十件人類制造的太空垃圾。其中包括火箭體、失效的衛(wèi)星和各項(xiàng)任務(wù)遺留的殘骸，它們在地月空間中運(yùn)行。（地月空間是地球和月球之間的空間）。而這只是體積小的垃圾。但是天文學(xué)家對這些碎片的位置知之甚少，更不用說它們是什么以及它們是如何到達(dá)那里的。

為月球計(jì)劃太空垃圾目錄

我（Vishnu Reddy）是一名行星科學(xué)家，同時還負(fù)責(zé)亞利桑那大學(xué)的空間安全、安保和可持續(xù)性中心（Space4）。隨著太空計(jì)劃的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向月球，未來的每一次任務(wù)都會在新月空間留下更多垃圾。這是一個新問題，未來可能會給宇航員和航天器帶來危險。

我的同事羅伯托·弗法羅和我希望能夠幫助控制該問題，我們正在利用望遠(yuǎn)鏡和現(xiàn)有的月球任務(wù)數(shù)據(jù)庫來尋找、確定并跟蹤月球空間碎片。我們將建立世界上第一個月球空間物體的目錄。

自20世紀(jì)60年代以來，像阿波羅計(jì)劃這樣的任務(wù)一直在將機(jī)器人和人送往月球。他們一直在留下一些垃圾。圖源NASA。

忽略后的潛在危險

歷史上，宇航局和軍方?jīng)]有密切跟蹤來自數(shù)十次載人和機(jī)器人登月任務(wù)的空間碎片。也沒有一個國際機(jī)構(gòu)對月球進(jìn)行監(jiān)測。這種缺乏監(jiān)督的情況，造成了科學(xué)家們對絕大多數(shù)月球空間碎片的位置和軌道知之甚少，而且這些碎片并不會簡單地消失，在近乎真空的太空中，任何留在繞月軌道或近月空間的東西都可能在那里停留至少幾十年。

月球任務(wù)面臨的風(fēng)險

對有關(guān)圍繞月球運(yùn)行的人造物體信息的缺乏，給月球任務(wù)帶來了許多風(fēng)險。

首先是碰撞的風(fēng)險。人類正處于新一輪月球探索的起點(diǎn)。在未來的10年里，六個國家和幾家商業(yè)公司有超過100次的任務(wù)計(jì)劃。每一次任務(wù)，與現(xiàn)有碎片碰撞的風(fēng)險就會增加。同樣，隨著任務(wù)的進(jìn)行，留下垃圾碎片的總量也會增加。

太空垃圾墜落到月球表面也是一個現(xiàn)實(shí)風(fēng)險。因?yàn)樵虑驔]有厚實(shí)的大氣層，無法燒毀掉落的太空垃圾。2022年3月，我們觀測到一個廢舊的中國火箭助推器撞擊到月球的另一邊，我們通過使用我們建造的望遠(yuǎn)鏡來跟蹤新月空間中的物體，最終確定該物體來自中國。由于和中國都計(jì)劃在未來幾年內(nèi)建立月球基地，墜落的碎片可能對月球上人類生活和基礎(chǔ)設(shè)施的造成真實(shí)威脅。

難以追蹤

如果想避免月球成為一個宇宙垃圾場，就需要追蹤月球上的太空垃圾。但是，即使天氣好的情況下，這樣做也是具有挑戰(zhàn)性的，主要原因有兩個：距離和光線。

地月空間距離地球約266萬英里（4280萬公里），這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了美政府目前追蹤太空中物體的距離。但是空間并不是二維的，恒星空間的三維體積是巨大的。相比之下，在這其中的所有物體都很微小。

光帶來了另一個挑戰(zhàn)。就像月亮本身一樣，一個物體在星系空間的亮度取決于該物體反射多少陽光。在新月期間，月球碎片在夜空中顯得昏暗和低矮，使其難以被發(fā)現(xiàn)。在滿月期間，同樣的物體在天空中很高。由于更多的陽光照射到它們，它們會更亮，但它們與滿月周圍的亮光融為一體。在滿月期間發(fā)現(xiàn)物體就像在明亮的探照燈下尋找螢火蟲的微弱光芒。在月球的強(qiáng)光中，有一個“伊麗莎白圈”，因難以追蹤其中的物體而得名。

亞利桑那大學(xué)的一個學(xué)生和教授團(tuán)隊(duì)建造了一個望遠(yuǎn)鏡來追蹤月球附近的物體。圖源維斯努-雷迪 (Vishnu Reddy)/亞利桑那大學(xué)/會話（The Conversation）/ CC BY-ND。

策劃空間垃圾目錄

由于高難度以及資源的匱乏，沒有一個團(tuán)體或組織在對月球附近的物體進(jìn)行追蹤。在2020年，弗法羅和我接受了挑戰(zhàn)——對地月空間的人造碎片進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、追蹤和記錄。

首先，我們將來自各種望遠(yuǎn)鏡和數(shù)據(jù)庫的歷史觀測數(shù)據(jù)相互匹配，以識別和確認(rèn)已記錄的物體。發(fā)現(xiàn)并沒有用于追蹤地月空間中物體的專業(yè)望遠(yuǎn)鏡后，我和亞利桑那大學(xué)的學(xué)生決定開始建造。2020年底，我們建造完成了一個直徑為24英寸（0.6米）的望遠(yuǎn)鏡，它位于圖森附近的生物圈2號天文臺。

我們追蹤的第一個物體是嫦娥五號，中國的第一次月球采樣返回任務(wù)。這枚大型火箭于2020年11月23日發(fā)射，向月球飛去。盡管有強(qiáng)大的月球眩光，我和我的學(xué)生們還是能夠追蹤嫦娥五號到離月球12,354英里（19,881公里）的距離。那是深入到伊麗莎白圈的地方。有了這次成功，我們開始跟蹤新發(fā)射的地月空間的導(dǎo)彈、火箭等的有效載荷，將它們添加到新建立的目錄中，以便我們能夠計(jì)算和預(yù)測軌跡，防止遺失。

為了確定新舊空間碎片的特征，一旦我們弄清了一個物體的位置，我們就會使用地球上的光學(xué)和近紅外望遠(yuǎn)鏡來捕捉該物體的光譜特征——在物體表面反射的特定波長的光，這樣，我們就可以了解物體的材質(zhì)，并對其進(jìn)行識別。這就是我們識別2022年墜入月球的神秘火箭助推器的依據(jù)。此外，我們還可以測量物體反射光線隨時間的變化，以確定該物體的旋轉(zhuǎn)速度，這同樣可以幫助識別。

地月空間垃圾目錄將不斷更新

在過去的兩年里，我們在尋找和識別星系空間的物體方面不斷進(jìn)步。起初，我們興奮于能識別出校車大小的嫦娥五號航天器。現(xiàn)在，我們已經(jīng)能夠追蹤麥片盒大小的立方體衛(wèi)星，如國家航空航天局的月球手電筒。

迄今為止，我的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)識別到幾十塊在近月空間的碎片。同時我們也不斷地將其添加到目錄中，未來的大部分工作包括繼續(xù)觀察并將物體與已知的太空項(xiàng)目相匹配，以確認(rèn)有哪些物體以及它們來自哪里。

雖然仍有很長的路要走，經(jīng)過不懈的努力，目前目錄雛形已經(jīng)形成，在未來，這有助于在人類向地球以外的地方探索時，更安全、更可持續(xù)地利用地月軌道空間。

維什努-雷迪Vishnu Reddy，亞利桑那大學(xué)行星科學(xué)教授

本文以創(chuàng)作共用協(xié)議的形式從The Conversation轉(zhuǎn)載。閱讀原文。

一句話： 隨著更多登月任務(wù)的進(jìn)行，科學(xué)家們正在創(chuàng)建一個空間垃圾目錄，以追蹤地球和月球之間的碎片。

BY:EarthSky Voicesand

FY:柒夏

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處