惹祸精的”太空垃圾”,受引力影响吗?它们会聚拢成一个新月亮吗?

自首次实现太空飞行的60年来,人类一直在以难以置信地速度将火箭送入太空。仅在2018年就有114次火箭发射,随着越来越多的国家开始发展太空计划,这一数字有望稳步攀升。在过去的60年里,已经有数千次发射,虽然在短短六十年内有这样的成就让人印象深刻,但这个故事也有它黑暗的一面。

每当火箭发射时,都会有一定数量的物料被抛下,例如一旦燃料消耗完,就会脱落的火箭外壳。此外,随着卫星止用、解体或与其他碎片碰撞,会生成更多的“空间碎片”。在太空时代初,人们对近地轨道上碎片的缓慢积累没有过多的考量,但这无疑是一个问题,或更确切地说,现在大约有50万个“空间碎片”。

然而,正如你在科学或物理课上所记得的,重力存在于任何两个有质量的物体之间;有人想知道,为什么所有的空间碎片都不能合并成一个巨大的团块,类似于一个由太空垃圾构成的小卫星。这是一个很好的问题,在我们了解一些基础物理并从更大视角考虑将有助于明确答案。

重力

Gravity(万有引力)不仅是一部关于太空碎片的电影的名字,它给卫星及其研究人员制造了很多难题,但同时它也是维持我们整个宇宙的力量。正如牛顿指出并证明的那样,任何有质量的物体之间都存在引力,即使是在星系的两端,而引力的强度取决于物体的邻近程度及其质量。

例如,在太阳系中,太阳对行星施加的引力非常大,以至于行星之间的引力几乎可以忽略不计。在某些情况下,当行星的轨道相互交叉或接近时,可以发现它们的轨道也会发生轻微的变化,但这是暂时的,程度也非常小。当我们的行星由围绕太阳旋转的碎片环形成时,由于这些物质的密度,它凝聚成一个行星,并维持着围绕太阳的轨道能量。因此,当地球不断地被拉向太阳时,一个更好的描述它的方法就是不断地下落。

太阳以每小时43000英里的速度移动,而地球的轨道速度大约是每小时67000英里。这会产生极大的轨道能量,使得当太阳施加强大的力阻止地球飞离太阳系时,无法将地球吸引到它炽热的怀抱中。如果太阳和地球都停止运动,地球将迅速被吸入太阳并被毁灭;幸运的是,对于我们来说,当涉及到天体运动时,没有“暂停”。

空间碎片与结块的问题

重力的特性直接关系到近地轨道空间碎片的问题。在空旷和恶劣环境中,材料往往会分解并开始蜕变,特别是当它们是因事故、爆炸等而被遗留下来时。随着时间的推移,大碎片变成中碎片,中碎片又变成小碎片。总的来说,在我们的轨道上漂浮着大约50万块太空碎片,其中超过2万块大于4英寸。每一个较大的碎片都由地面空间机构持续监测,以防对卫星有潜在影响。

随着时间的推移,无数的碎片被留在太空中,考虑到这些碎片移动的速度之快,它可能对未来的发射任务构成实实在在的威胁。一些太空垃圾在轨道上以每小时24000英里的速度移动,所以即使与很小的物体碰撞也会造成严重的破坏。随着发射窗口的缩小,发射变得越来越困难,这个问题似乎也只会越来越严重。

如果可以把所有的太空碎片都聚集在一起,航天局一定会感激涕零,但那并不现实。如前所述,这50万块碎片中的绝大多数都小于4英寸,这意味着它们的质量非常小。此外,我们不要忘记地球非常大,这意味着几百英里厚的三维空间也足够巨大了。而重力取决于物体的质量及其邻近程度,对于空间碎片来说,他们质量较低,邻近程度较差。换句话说,不同的空间碎片对彼此几乎没有引力作用。

解决空间碎片问题

虽然地球周围有数千颗卫星在轨道上运行,同时还有50万块碎片在空旷的空间中飞驰,但卫星和空间碎片之间只有8次碰撞。这在很大程度上是因为天体物理学家和航天机构的预防努力,但这个问题需要被彻底解决,而不只是去减轻他们的危害。现在已经有很多创造性的建议包括在近地轨道上使用巨大的磁 来吸收这些碎片,消除它们,或是在重返大气层时将它们烧掉。仿佛是太空中的真空吸尘器,帮助我们疏通通往行星的道路。

还有一些想法涉及到巨大的机械爪,可以像未来的垃圾箱那样收集碎片,以及回收旧火箭和碎片,在地面上或是在太空中的“车间”看是否可以重新利用他们。人们还建议向碎片发射激光,但这个方法应该被谨慎考虑。

还有一个解决方案似乎更像是卫星的“拖车”;与其让旧卫星停留在轨道上,增加故障或与其他物体碰撞的风险,不如把它们拖回地球,或者至少拖出轨道,这样它们就可以再进入大气并燃烧殆尽。大多数卫星都得到了很好的监控和安全维护,但由于有数百家公司、数千颗卫星和难以避免的经济问题,从轨道中清除没有使用价值的卫星是防止灾难发生的最可靠方法。

最后

如果重力对我们有利,能把所有的空间碎片拖到一起,那就太好了,但是这个简单的解决方案不符合物理学定律,在讨论宇宙的各种行为时,物理学定律是最重要的。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. scienceabc-飞天猪肉神教

Skyrocket.De

Popular Mechanics

Wiley

PACA Space Debris Systems

ScienceDirect

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