地震傳感器檢測來自來襲太空垃圾的音爆

科學(xué)家們剛剛找到了一種追蹤失控再入墜落的太空垃圾.

當(dāng)它們沖擊大氣層時(shí)，太空碎片塊會產(chǎn)生音爆，地面儀器通常關(guān)注下方發(fā)生的情況：監(jiān)測我們這顆不安星球的內(nèi)部轟鳴.

這不僅僅是理論問題：約翰斯·霍普金斯大學(xué)的行星科學(xué)家本杰明·費(fèi)爾南多和倫敦帝國理工學(xué)院的工程師康斯坦丁諾斯·查拉蘭布斯在2024年神舟15號軌道艙重返大氣層時(shí)，驗(yàn)證了他們的假設(shè)。

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數(shù)據(jù)地震傳感器收集不僅測量了重返大氣層本身，還包括速度、高度范圍、大小、下降角度以及墜落時(shí)破碎的時(shí)間。

“級聯(lián)乘乘破碎的觀測為我們提供了對碎片解體動力學(xué)的洞見，對空間態(tài)勢感知和碎片危害緩解具有明確意義。”研究人員在論文中寫道.

太空碎片問題日益嚴(yán)重。根據(jù)2025年4月的報(bào)告據(jù)歐洲航天局估計(jì)，地球軌道上有120萬件潛在危險(xiǎn)的太空垃圾——這個(gè)數(shù)字只會增加作為更多衛(wèi)星到達(dá)終點(diǎn)它們的使用壽命。

這種“死去”的航天器無法與其通信或控制;如果它撞上另一塊垃圾，或者軌道衰減到足以重返大氣層，我們只能旁觀。

然而，根據(jù)費(fèi)爾南多和查拉蘭布斯的說法，我們觀看時(shí)比想象中更有效地做到這一點(diǎn)。了解重返太空碎片的地點(diǎn)、高度、速度以及如何破碎，有助于我們更好地理解大氣層再入的動態(tài)，并追蹤碎片可能落向何處。

一個(gè)音爆是當(dāng)物體在介質(zhì)中速度超過聲速時(shí)發(fā)生的情況。這個(gè)名字有點(diǎn)誤導(dǎo)——它不是單一的爆炸，更像是一種尾流，由向外移動的壓力波形成，這些壓力波被壓縮成一個(gè)錐形，位于高速物體后方。

從太空進(jìn)入地球大氣層的物體通常以超過音速的速度下落，達(dá)到超音速甚至高超音速的速度。它們穿過大氣層，拖曳著一圈聲學(xué)能量，聽者在路徑上能聽到，形成轟鳴。

地震傳感器包括建造用于探測來自地球深處的聲學(xué)信號。然而，研究人員推測這些儀器可能能夠追蹤聲學(xué)馬赫錐還有墜落的太空碎片。

2024年4月2日，被拋棄神舟十五號軌道艙在南加州上空重返地球大氣層。一個(gè)2.2米（7.2英尺）和1.5公噸，1T足夠大、足夠重，足以對航空和地面基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成威脅——是這種追蹤的完美測試案例。

研究人員訪問了公開的南加州地震網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)華達(dá)地震網(wǎng)絡(luò)，尋找模塊通過的證據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)了與地球表面轟鳴的馬赫錐體相符的信號，并重建了該物體的最終飛行和毀滅過程。

根據(jù)地震數(shù)據(jù)，該模塊以約25至30馬赫的速度飛行，這與該物體進(jìn)入前的軌道特征描述一致，該測定速度約為每秒7.8公里（4.8英里）。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，雖然早期墜落產(chǎn)生了一個(gè)大型爆炸信號，但后來它衰減為一個(gè)復(fù)雜的多重較小爆炸信號列——這與地面報(bào)告物體的破碎。

最終，該艙體在墜落過程中在大氣層中無害燃燒，但結(jié)果表明地震站可以有效且精確地跟蹤再入飛行的特性。對于可能不會完全燃燒的物體，這或許有一天能幫助定位掉落碎片的最可能殘骸場。

“因?yàn)檫@些物體必然以超音速速度重返大氣層，如果最大的碎片撞擊地面，它們會在音爆被探測之前完成?！?a>研究人員寫道.“然而，基于地震聲學(xué)方法的探測和跟蹤使得地面上碎片定位的速度和精度比以往更為高。”

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另一個(gè)擔(dān)憂是潛在危險(xiǎn)物質(zhì)的擴(kuò)散氣溶膠大小的顆粒當(dāng)物體燃燒和破碎時(shí)，這些物質(zhì)可能會被釋放。了解這些失效狀態(tài)如何展開，有助于科學(xué)家模擬這些云的分布方式和地點(diǎn)。

目前，失控的再入境仍是如此。雖然我們可能無法預(yù)防它們，但新研究展示了利用公開工具觀察和理解它們?nèi)绾温湎碌耐緩健?/p>

該研究已發(fā)表于科學(xué).

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