太空飛行，儘管起源於冷戰時期的軍事競賽，但通常被描繪成一種純粹有益的努力，以某種方式幫助全人類：衛星提供無價的全球規模的態勢感知和連通性。太空望遠鏡和星際探測器為我們宇宙中的位置帶來了變革性的發現。宇航員的任務有助於滿足我們物種天生的探索慾望，同時也激勵了新一代的科學家和工程師。而這一切都以同樣的方式開始，乘坐火箭穿越天空。
但與原本樂觀的評估相反，最後一個細節遲早可能會傷害地球上的生命。簡而言之，問題在於，許多升空的東西最終都會以報廢的火箭助推器和衛星的形式返回地面，經歷猛烈的再入大氣層或甚至是墜毀著陸。想想中國在7月24日用巨大的長征五號B火箭發射的問天空間站艙：在成功將問天送入軌道後，火箭巨大的、23噸重的上面級被遺棄，不受控制地墜回地球，對任何或任何不幸在其路徑上的人或物構成遙遠但真實的威脅。
被墜落的火箭戲劇性地砸死並非唯一的風險。更大的威脅可能來自日益增多的太空碎片在我們星球脆弱的上層大氣層中燃燒殆盡——從而對全球氣候和同溫層臭氧產生長期的影響。這些影響可能有多大尚不清楚，因為這個問題本身幾乎沒有被研究過。但隨著成本降低和利潤豐厚的新應用（如衛星巨型星座）導致發射率在全球範圍內飆升，情況將變得更加緊迫。簡而言之，21世紀太空飛行的崛起可能會引發一場太空時代的“公地悲劇”，其後果將持續數千年——科學家們正開始敲響警鐘。
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火箭發射影響飆升
最近，在《地球未來》雜誌上，倫敦大學學院（UCL）、劍橋大學和麻省理工學院的研究人員探討了火箭發射和來襲物體對大氣層的影響。
該團隊報告稱，火箭釋放的黑碳（煙塵）顆粒在將熱量保持在大氣層中的效率幾乎是飛機和其他地面來源的500倍，因此對全球變暖的影響大於其他來源。研究合著者、倫敦大學學院的羅伯特·瑞安說，煙塵“是由燃燒碳氫化合物燃料的火箭排放的”。“直接排放到平流層的煙塵非常有效地導致升溫。”
該團隊還研究了大氣層再入如何損害脆弱的平流層臭氧層，該臭氧層有助於保護地球免受有害紫外線輻射。墜落的碎片或返回的航天器在自身和周圍空氣升溫時會產生破壞臭氧的氮氧化物，從而消耗平流層中的保護性氣體。瑞安說，這種影響目前在全球範圍內很小，但在上層大氣層中，“太空飛行造成的臭氧消耗量[已經]令人擔憂”。更糟糕的是，再入的火箭部件可能具有複雜且高度可變的成分——並且尚未充分確定每種燃燒成分混合物的特定化學反應。
研究合著者、倫敦大學學院物理地理學副教授伊洛伊斯·馬雷斯說：“我們目前正在調查衛星材料在返回地球時燃燒殆盡所產生的其他汙染物的影響。”她補充說，可以肯定的是，航天部門對地球大氣層有“無數的影響”。
專家說，另一個可以肯定的是，隨著發射和再入次數的激增，太空飛行對大氣層的影響必將增加。太空部門活動的激增促使美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的另一個研究團隊模擬平流層煙塵增加可能如何影響大氣環流模式。他們發表在《地球物理研究雜誌：大氣》上的研究發現，火箭發射可能會透過另一種途徑消耗臭氧並加劇氣候變化。
美國國家海洋和大氣管理局以及科羅拉多州博爾德市環境科學合作研究所的研究科學家、主要作者克里斯托弗·馬洛尼說：“我們研究了假設的情景，即未來幾十年內火箭發射的數量以及氣候可能如何響應。” “我們看到平流層會變暖。平流層中的翻轉環流減慢，這對臭氧產生影響。”
馬洛尼說，進一步研究這個問題，“各種火箭發動機排放物清單”將非常有用。這種型別的目錄可以幫助更全面地瞭解火箭發射對平流層的副作用。
美國國家海洋和大氣管理局也在積極研究衛星再入和可能對氣候產生的影響。馬洛尼說：“確實有很多未知數。” “這些絕對是值得進一步調查的課題。”
意外（和監管）的空間
航空航天公司民用和商業發射專案高階專案工程師、長期倡導澄清火箭發射對氣候影響的馬丁·羅斯表示，人們對這一問題的興趣激增是可喜的訊息。
羅斯說：“每個人都預計太空業務會大幅增長，這就是癥結所在。” “鑑於增長、再入、發射和使用的推進劑組合的變化，所有這些都在不斷變化，我們確實需要降低不確定性，以便我們能夠可靠地預測未來會怎樣。”
羅斯說，數千顆衛星組成的巨型星座是主要的擔憂，因為它們中的大多數都是為臨時性而建造的，不斷地拋棄舊的或發生故障的航天器，然後用新發射的批次取而代之。撇開發射不談，這相當於大量的“穩態通量”的熾熱碎片雨點般地穿過大氣層。其中一些——目前尚無人真正知道有多少——將以亞微米顆粒的形式存在，這些顆粒會在空氣中停留很長時間，而不是迅速沉降。“如果你假設[巨型星座再入碎片]中即使有一半變成了對平流層具有一定重要性的塵埃，那麼它也會與發射方面競爭，甚至比發射方面更大。”
衛星通常裝有電子裝置和含有重金屬和奇異化合物的太陽能電池，與火箭相比，衛星還表現出更大的化學多樣性，這讓研究人員感到懊惱。羅斯說：“[衛星]有所有這些奇怪的金屬，我們不知道它們與大氣層的反應性會是什麼。” “存在意外的空間。”
但喬治華盛頓大學空間政策研究所的勞拉·拉特利夫說，獲得避免 неприятных сюрпризов 所需的必要資料並非易事。
例如，對於一些大氣層外層，即逐漸過渡到太空的區域，測量資料非常匱乏。這個幾乎未被研究的區域太低而無法輕易被衛星訪問，太高而無法被氣象氣球到達，因此被戲稱為“無知層”。然而，它可能對量化再入對地球大氣層和氣候從上到下的影響至關重要。
拉特利夫說：“我感到對這個問題投入了感情，因為我感到對我們的氣候危機和解決這些問題投入了感情。” “這似乎是一個對大氣層造成重大破壞的領域，甚至沒有意識到這一點。”
她指出，雖然幾乎所有人都同意地球的上層大氣層和軌道環境都值得保護，但總的來說，這些地方都遊離於國家和全球監管監督之外。拉特利夫說：“沒有哪個機構的職責範圍包括‘太空可持續性’。” “這在很大程度上是美國目前的問題。但就影響而言，這將是一個國際問題。”
不要向上看！
要獲得太空飛行負面後果的全球性質的直觀證據，請再次關注中國墜落的火箭助推器。截至撰寫本文時，航空航天公司最新的預測稱，長征五號B助推器應在7月31日美國東部時間上午7點後不久墜落地球（正負24小時）。隨著火箭繼續下降，這種不確定性將會縮小，但其撞擊的確切時間和地點從根本上來說很難預測，因為地球上層大氣層中的細微波動等看似微不足道的變數可能會對助推器的軌道衰減產生重大影響。
最有可能的是，與大多數太空碎片一樣，助推器（或預測會完整到達地面的20%到40%的部分）將墜入海洋，海洋約佔地球表面的71%。但航空航天公司在7月26日的一篇帖子中指出， “倖存碎片落在人口稠密地區的機率非零——世界上超過 88% 的人口居住在再入的潛在碎片足跡之下。”
這種輕微但顯著的風險與最近發表在《自然·天文學》雜誌上的一項研究結果一致，該研究分析了三十年的資料，以估計不受控火箭再入造成人員傷亡的可能性。
不列顛哥倫比亞大學的邁克爾·拜爾斯和他的同事計算出，按照目前的做法，在未來十年內，從軌道上自由墜落的火箭造成一人或多人受傷或死亡的可能性約為 10%。 （大多數火箭助推器不會進入軌道，而是在發射場下游的明確區域內墜落。那些確實進入軌道的火箭助推器通常會點燃發動機，以確保更安全地脫離軌道進入公海，並在再入過程中幾乎完全解體。然而，長征五號B上面級的設計目的不是重啟其發動機。）
總的來說，與蓬勃發展的太空部門相關的多重且不斷增加的風險應該為所有人敲響警鐘，私人公司Privateer的聯合創始人兼首席科學家莫里巴·賈說，該公司的成立宗旨是“像對待生命一樣對待太空環境”。矽谷偶像、蘋果公司聯合創始人史蒂夫·沃茲尼亞克擔任Privateer總裁。
賈說：“歸根結底，我們希望太空環境更加透明。” “上面有什麼？它屬於誰？它能做什麼？它必須更可預測。目前，我們無法預測我們行動的預期後果，更不用說意外後果了。”
賈說，就監管行動而言，無論現有的條約是什麼，它們的解釋都非常寬鬆，以至於情況岌岌可危。“我認為，如果各國能夠展現領導力，並展示出可衡量的、努力做到環境友好的方法，其他國家可能會被吸引採取更適當的行為，”他補充道。