那不是小行星,那是垃圾

一顆命名為2020 SO的近地天體竟然是1996年的廢棄火箭、是個「太空垃圾(Space debris)」。太空垃圾的問題日益嚴重,除了一些不小心在任務中遺失的東西以外,過去甚至還有大規模製造太空垃圾的案例。太空垃圾能造成的威脅超出想像:1公分大的物體撞擊就有可能將太空中運行的人造衛星打穿。甚至還有上百公斤的太空垃圾成為「另類隕石」砸落地球的事件。過去歷史讓人類學習到破壞環境所引來的反噬力量,這個教訓能否讓人類在開發太空環境時有所自律,我們這一代將會是關鍵。

太空垃圾分布示意圖。每一個太空垃圾的位置是參考自真實數據。但尺寸則放大非常多倍。Credit: ESA [1]

撰文|許世穎

●2020 SO:跨越時代的太空垃圾

近地天體泛指那些會驚險掠過地球 (最近距離小於1.3天文單位)、而且繞行太陽的天體(延伸閱讀:飛來橫禍!來自外太空的撞擊威脅)。2020年9月17日,發現了一顆近地天體(Near-Earth Object)、命名為2020 SO。根據觀測與計算,這顆天體經過地球附近時,會因為地球重力而繞行地球,短暫地成為地球的另一顆月亮。它並不會待太久,根據推估,2021年的2月它將脫離地球的重力場、繼續繞行太陽 。近地天體多半是小行星或彗星,目前觀測到的有上萬顆!然而這顆2020 SO似乎有些不同、引來科學家的注意 [2] 。

這一顆天體有什麼樣的特別之處呢?

疑點一:軌道。大多數的小行星或彗星都以很扁長的橢圓軌道著繞行太陽。可是2020 SO繞行太陽的軌跡卻非常接近圓形、軌道面也跟地球軌道面幾乎重疊。換句話說:幾乎與地球軌道重疊(圖1)。

疑點二:速度。這顆天體繞行太陽一圈大約387天,跟地球的365天非常接近。

因為上面說的這兩個疑點,天文學家猜測2020 SO可能是地球上做出來的東西,而不是宇宙中其他地方自然產生的。後來觀測了光譜之後,還發現這顆天體的成分竟然有不鏽鋼,讓人更加懷疑它是個人工製品,畢竟要找到宇宙中天然的不銹鋼還真不容易 [2] 。

圖1:太陽系內部分天體軌跡。中央位置是太陽,淺藍色軌跡是地球、白色軌跡是近地天體2020 SO。這兩個軌跡非常接近。Credit: NASA/JPL-Caltech [3]

答案揭曉!美國近地天體研究中心(Center of Near-Earth Object Studies)分析並與過往資料比對之後,證實2020 SO的真實身份其實是1966年登月太空船「測量員2號(Surveyor 2)」當初所使用的加速火箭(圖2)!測量員2號是月球探測計畫的其中一台登月車,在1966年發射升空,好不容易抵達月球,卻在著陸時失去控制而墜毀。而幫助這台太空船噴進的加速火箭就這樣在脫落後繞著太陽公轉、成為太空垃圾,並在54年後的現在與地球重逢。[2][4]

圖2:測量員2號上的加速火箭。1966年脫落之後就成了太空垃圾。Credit: NASA [5]

●滿滿的太空垃圾

太空垃圾(Space debris)問題一直是個隱憂,任何人為因素放上太空、任其在宇宙中飄流的都算是太空垃圾。人類一次次地探索太空,總會有零星的東西散落在外,過去幾年來從工具鉗、工具包、手套等都有。甚至還有幾次製造大量太空垃圾的活動 [6]。最早的一次大規模「太空垃圾排放」是1961年的西福特計畫(Project West Ford),又稱為針計畫(Project Needles)。那個年代的長途通訊主要仰賴海底電纜及無線電,在美蘇冷戰的情勢下,擁有良好的長途通訊品質格外重要。海底電纜一旦被人切斷就沒辦法使用啦!而無線電主要靠的是地球大氣電離層的反射,通訊品質非常地不穩定。美國當時就把長途通訊的改良手段動到了太空上。美國軍方在1963年將480,000,000根銅針發射到地球上方3500 公里的中地球軌道,想藉由這些針的反射來增強無線電長途通訊的品質。這引來了來自各界的抗議。最終西福特計畫在飽受爭議、以及人造衛星通訊的發展之下走入歷史。這些4億8千萬根針也就成了太空垃圾。美國官方宣稱這些針會在三年內被太陽輻射推入地球大氣層中燒毀,然而50多年後的今天,仍然有一些漂流在軌道中 [7] 。

圖3:國際太空站觀望台上被砸出的凹陷。半徑大概7毫米。根據推算,這是由幾個微米大的小碎片狀出來的。Credit: ESA/NASA [8]

太空垃圾具體來說會有什麼樣的危害呢?比較直接的威脅是會撞擊損毀衛星。2016年國際太空站(International Space Station)的眺望臺窗戶就曾經被撞出一個7毫米大左右的凹陷  [8](圖3)。根據計算,當初撞上來的太空垃圾也不過就只有幾微米(千分之一毫米)那麼大而已!1公分大的異物就有可能破壞人造衛星上面的控制系統,超過1公分的就有可能直接撞穿太空站的外殼、達到10公分的異物攜帶的能量甚至相當於一顆炸彈,可能直接將太空衛星撞碎 [9] [10] !10公分以上了太空垃圾很多嗎?根據NASA的統計,現在太空中10公分以上的太空垃圾超過12,000件 [11](圖4)!雖然太空本來就不是什麼安全的工作場所,但這種額外的工作風險卻是我們應該要避免的。

圖4:繞行地球軌道中,超過10公分大的物件數量統計圖。粉紅色點線是碎片狀的太空垃圾,橘色虛線是太空任務執行中產生的垃圾。Credit: NASA [11]

你以為不去太空、不當太空人、老實待在地球上就安全了嗎?2001年,一個70公斤重的發動機外殼墜落在沙烏地阿拉伯的沙漠;2007年,俄羅斯的衛星造成的太空垃圾碎片脫落,只差9.7公里就會砸在一架經過的民航機上;2015年,250公斤的廢棄火箭墜落在美國德州(見圖5)!當太空垃圾變成了隕石,那地表上可沒有任何地方是真正安全的。還有一些比較間接的影響,比方說:為了抵抗太空垃圾撞擊所做的外殼強化,會讓衛星製作經費多出上億美元。或者,人造衛星為了閃避太空垃圾,可能要短暫中斷與地面資料的傳輸,進而影響在地球上的活動 [6] [10] 。

圖5:近年太空垃圾成為隕石的例子。左圖為2001年墜落在沙烏地阿拉伯的發動機外殼,重達70公斤。右圖為2015年墜落在美國德州重達250公斤的廢棄火箭。圖片來源 NASA  [12][13]

太空垃圾的情況整體看來仍在惡化當中(見圖4),目前美國、俄羅斯、日本等國家都針對10公分以上太空垃圾的進行監控。相關的應對方法也正在發展:美國嘗試使用雷射來減緩或改變小型垃圾(1至10公分)的速度 [14] 。日本則嘗試使用太空網來將太空垃圾直接打撈走 [6]。過去人類破壞了地球上的環境,漸漸地受到了大自然的反撲,因此人類重視地球環境的永續發展。德國哲學家黑格爾說:「人類從歷史中學到的事情,就是永遠無法從歷史中學習 [15] 。」近年來人類染指了地球外的環境,能不能在發展之初就恪守底線、保持自律,責任就在我們這一代身上了。

 

參考資料:

  1. [1] ESA/Debris objects in low-Earth orbit (LEO)
  2. [2] wiki/2020 SO
  3. [3] com/Earth may get a new minimoon — but it may just be 1960s space junk
  4. [4] wiki/Surveyor 2
  5. [5] Express/Nasa finds 'Asteroid 2020 SO' which skimmed Earth this week was actually old rocket part
  6. [6] wiki/Space debris
  7. [7] wiki/Project West Ford
  8. [8] ESA/Impact chip
  9. [9] AEROSPACE Crosslink Fall 2015 Vol. 16 No. 1
  10. [10] Undseth, M., C. Jolly and M. Olivari (2020), "Space sustainability: The economics of space debris in perspective", OECD Science, Technology and Industry Policy Papers, No. 87, OECD Publishing, Paris
  11. [11] Orbital Debris Quarterly News, volume 24, issue 1, NASA (2020)
  12. [12] ESA/Debris fallen in Saudi Arabia
  13. [13] Debris landed in Te
  14. [14] wiki/Laser broom
  15. [15] Georg Wilhelm Friedrich Hegel, The Philosophy of History, trans. J. Sibree, vol. 10, Introduction, p. 6 (1899).
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