編者注（4/16/24）：本文已更新，加入了美國國家航空航天局對擊中佛羅里達州房屋的物體完成分析的資訊。
在上個月一起可能被認為是離奇而怪誕的“強行闖入”事件中，一個重達近兩磅的圓柱形物體擊中了亞歷杭德羅·奧特羅在佛羅里達州那不勒斯的房屋屋頂，砸穿了天花板，又穿透了地板。
當這個故事首次發表時，這起來自天上的高速“入室襲擊”事件尚未被正式證實為太空垃圾撞擊事件。然而，現在，在回收和研究該物體後，美國國家航空航天局已經確認它是三年前從國際空間站（ISS）拋棄的垃圾碎片，隨後重返地球大氣層。作為最新一次與宇宙雜物的近距離接觸事件，這件事已經引發了關於日益令人擔憂的環繞地球、人為垃圾的技術和法律爭論。
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清理垃圾
早在 2021 年 3 月，國際空間站上的宇航員就使用加拿大提供的機械臂將一塊異常沉重的垃圾傾倒入太空——事實上，這是有史以來從空間站丟擲的最重物體。美國國家航空航天局當時解釋說，這塊名為“外露托盤 9”（EP9）的垃圾，其大致質量相當於一輛大型 SUV，“正在安全地遠離空間站，將在地球軌道上執行兩到四年，然後在大氣層中無害地燒燬。”
EP9 在前一年透過日本貨運飛船運送到國際空間站後，裝滿了 5,800 磅的廢鎳氫電池。但一系列後勤複雜情況——其中最主要的是電池托盤只能裝入日本的貨運飛船，而日本的貨運飛船已經沒有更多的可用——導致 EP9 被滯留，佔用了國際空間站寶貴的空間。因此，美國國家航空航天局決定將其拋棄。在太空中漫無目的地漂流了幾年後，EP9 終於在 3 月 8 日迎來了它燃燒的命運，當時其衰減的軌道使其頭朝下墜入墨西哥灣上空的地球大氣層。
歐洲航天局的太空碎片和獨立安全辦公室密切監測了這批國際空間站廢舊電池托盤的再入大氣層過程。歐洲航天局在一份再入大氣層前的新聞稿中表示，這些電池將經歷“自然再入大氣層”，這是對從太空不受控制墜落的術語的一種變體。
歐洲航天局宣告：“電池的總質量估計為 2.6 公噸，其中大部分可能會在再入大氣層過程中燒燬。雖然有些部件可能會到達地面，但人員傷亡風險——即人員被擊中的可能性——非常低。”
一個認真的候選者
在 NASA 完成分析之前，馬可·朗布魯克（Marco Langbroek）是一位忠實的衛星跟蹤者，也是荷蘭代爾夫特理工大學航空航天工程學院的教員，他告訴《大眾科學》，佛羅里達州的物體很可能來自 EP9 電池組的再入大氣層。
朗布魯克審查了 EP9 的地面軌跡以及報告的再入大氣層時間和軌跡。湊巧的是，還有一個帶有時間戳的安全影片和聲音片段，記錄了這個物體穿透房主屋頂的過程。
朗布魯克說，在進入大氣層並損失大部分速度後，碎片很可能在亞音速自由落體中度過了幾分鐘。
他補充說：“再入大氣層需要幾分鐘，物體會破碎，再入大氣層的碎片會沿著軌跡散佈在數百英里的範圍內。考慮到撞擊力，我認為這是 EP9 再入大氣層潛在碎片的一個重要候選者。它很可能是一個鎳氫電池單元的一部分。”
當時，德國衛星空氣動力學公司 Hyperschall Technologie Göttingen 的總經理托比亞斯·利普斯（Tobias Lips）告訴《大眾科學》，這裡沒有多少猜測的餘地。作為再入大氣層分析專家，他在實際事件發生前幾天，使用“適度保守”而非“最壞情況”的假設，有力地模擬了國際空間站電池托盤的墜落過程。即便如此，他的結果表明，將有超過 130 個碎片倖存下來到達地面。他說，這“大約是這種尺寸和質量的典型再入大氣層物體的 10 倍”。
利普斯說，這些預測的碎片大多數將是由 Inconel 製成的圓柱體——Inconel 是一種高強度鎳鉻高溫合金，常用於航空航天應用。EP9 托盤的廢舊電池有效載荷中大約有 350 個這樣的圓柱體，它們充當電源單元。“在佛羅里達州那不勒斯發現的碎片很可能就是這些圓柱體之一，”利普斯說。
“據報道，回收的碎片重約兩磅。我的[模擬]倖存碎片中有百分之三十八屬於這個質量等級，”他解釋說。“如果對這塊碎片的調查沒有證實它來自國際空間站的電池單元，我會感到非常驚訝。”
美國國家航空航天局的分析
在美國國家航空航天局官員與奧特羅合作，將該物體帶到該機構附近的肯尼迪航天中心進行更深入研究後，航天局發言人約書亞·芬奇（Joshua Finch）告訴《大眾科學》，“一旦分析完成，將提供更多資訊。”
當時，航空航天公司（Aerospace Corporation）的太空碎片專家邁克·韋弗（Mike Weaver）告訴《大眾科學》，美國國家航空航天局的分析可能會首先嚴格檢查該物體的軌跡——以及 EP9 的軌跡——並對照任何其他回收碎片的地點進行跟蹤。
“在這種情況下，佛羅里達州那不勒斯物體的地點似乎與國際空間站電池托盤再入大氣層的時間和地點一致，”韋弗說。“然而，這不足以積極地識別一個物體。”
韋弗說，除了軌跡工作外，還需要仔細檢查候選太空垃圾塊是否有燒焦、熔化和其他再入大氣層加熱效應的跡象。確定其成分的冶金分析也可能很有用。
韋弗指出，有時可以在物體上找到序列號或零件號，這將迅速簡化事情。
隨後，在 4 月 15 日的部落格文章中，美國國家航空航天局宣佈完成分析，該機構證實該物品實際上是一個 Inconel 圓柱體。但該圓柱體不是電池的一部分，而是來自航天局“用於將電池安裝在貨物托盤上的飛行支援裝置”的支柱。
凡升必墜
總部位於加利福尼亞州門洛帕克的商業空間域感知服務提供商 LeoLabs 的高階技術研究員達倫·麥克奈特（Darren McKnight）表示，來自進入軌道的垃圾的威脅是真實存在的，而且必將增長。隨著越來越多的空間系統部署在近地軌道，古老的諺語適用：凡升必墜。
這個令人煩惱問題的核心在於，清除日益增多的微小軌道碎片對於維護安全的太空環境至關重要——而不受控制地再入大氣層是迄今為止最簡單的方法。事實上，對於近地軌道上的物體來說，這種情況會自動發生，這些物體開始墜落，因為它們會消耗掉動量，與我們星球大氣層的外邊緣摩擦。然而，這種過程的放任自流性質意味著，任何大型的無引導碎片都有可能墜落在地球的廣闊區域上，或其碎片可能墜落，從而對多條航空走廊和人口中心構成低但真實的風險。
麥克奈特說：“太空活動對航空和地面造成的危害是一個在短期內不會消失的問題。”
法律責任
在有問題的墜落碎片被證實來自國際空間站之前，密西西比大學空間法名譽教授喬安妮·加布裡諾維茨（Joanne Gabrynowicz）告訴《大眾科學》，這樣的發現可能會引發關於責任的對話。
加布裡諾維茨說，《聯合國外層空間條約》及其《關於國際空間物體所造成損害的責任公約》以及《國際空間站國際政府間協議》（IGA）的一些條款可能與此相關。加布裡諾維茨也是《空間法雜誌》的名譽主編。
加布裡諾維茨說，可能有必要分析這些來源中的各種條款以及它們之間的相互關係，包括聯合國《責任公約》第二條。第二條規定，任何向太空發射任何東西的國家，都應承擔任何相關空間物體可能對地球表面造成的損害的責任。
如果物體擊中房屋，發射國至少應承擔必要的結構維修費用。然而，加布裡諾維茨補充說，雖然這項協議原則上很簡單，但將其轉化為現實可能會變得極其複雜。例如，如果擊中奧特羅房屋的失控物體被證明是來自 EP9 再入大氣層的廢舊電池的一部分，情況就會變得複雜：電池是美國國家航空航天局的財產，但它們連線到 EP9 上——EP9 是日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）發射的有效載荷。
“這可能會很複雜，需要分析各種合同、條約、保險單和 IGA。當然，相關實體也可以就如何解決這種情況達成一致，”加布裡諾維茨總結道。
一種遺棄行為
“美國國家航空航天局會希望儘量淡化此事，聲稱從國際空間站拋棄東西的情況很少見，而且這也不是衛星或火箭箭體……因此與發射率的提高無關，”不列顛哥倫比亞大學博士候選人兼外層空間研究所初級研究員伊萬·賴特（Ewan Wright）在接受《大眾科學》採訪時說，這番話是在該機構 4 月 16 日宣佈之前說的。
“但顯然這裡存在一個問題，即不受控制的再入大氣層在很大程度上是可以接受的，而且沒有人想到要進一步研究它，”賴特說。他指出，造成鬆懈的一個原因是，不受控制的太空碎片再入大氣層帶來的風險實際上和比喻意義上都被傾倒在了海洋中，海洋覆蓋了地球表面的大部分割槽域。但是，將地球海洋視為太空垃圾場不太可能永遠持續下去。
“任何時候海洋上都有超過 50,000 艘船隻和數十萬艘小型船隻。船隻被太空碎片擊中的機率可能很小，但它正在增長，而且我們不確定具體數字，”賴特說。“一艘遊輪被不受控制的太空碎片擊中可能不會造成人員死亡，但這會引發關於我們繼續在軌道上遺棄太空碎片的嚴重問題。發射國將有責任賠償損失。”
許多航空航天公司對其航天部件採用“為報廢而設計”的理念，以努力確保如果這些部件確實再入大氣層，它們會在高空可靠地燒燬。然而，即使撇開人們日益關注的由此造成的重金屬和其他汙染物對地球高層大氣造成的汙染，一些專家也認為這種做法充其量是不明智的。
德克薩斯大學奧斯汀分校的太空碎片跟蹤和管理專家、Privateer Space 的聯合創始人兼首席科學家莫里巴·賈（Moriba Jah）就是這樣一位批評者，Privateer Space 是一個專注於太空可持續發展問題的團體，總部設在夏威夷毛伊島。
賈強調，將我們的垃圾丟棄在近地軌道，寄希望於這些物質會“自然再入”大氣層，“這不是一種負責任的處置方法，而是一種遺棄行為”。賈說，即使在法律上不這樣歸類，不受控制的再入大氣層“本質上是不負責任的，因為它對地球上的生命和財產構成潛在風險”。
美國國家航空航天局官員表示，他們正在處理此事。“國際空間站將對拋棄和再入大氣層分析進行詳細調查，以確定碎片倖存的原因，並根據需要更新建模和分析，”該航天局在 4 月 15 日的公告中指出。
從某種意義上說，一塊可能的軌道碎片與一所房屋不太可能的交匯最終可能被證明是一件好事：它可以再次敲響決策者、主要航空航天參與者和廣大公眾的警鐘，即當涉及到近地軌道的太空垃圾時，天空真的要塌下來了。