地震傳感器檢測來自來襲太空垃圾的音爆

科學家們剛剛找到了一種追蹤失控再入墜落的太空垃圾.

當它們沖擊大氣層時，太空碎片塊會產生音爆，地面儀器通常關注下方發生的情況：監測我們這顆不安星球的內部轟鳴.

這不僅僅是理論問題：約翰斯·霍普金斯大學的行星科學家本杰明·費爾南多和倫敦帝國理工學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，驗證了他們的假設。

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數據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破碎的時間。

“級聯乘乘破碎的觀測為我們提供了對碎片解體動力學的洞見，對空間態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重。根據2025年4月的報告據歐洲航天局估計，地球軌道上有120萬件潛在危險的太空垃圾——這個數字只會增加作為更多衛星到達終點它們的使用壽命。

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，根據費爾南多和查拉蘭布斯的說法，我們觀看時比想象中更有效地做到這一點。了解重返太空碎片的地點、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，并追蹤碎片可能落向何處。

一個音爆是當物體在介質中速度超過聲速時發生的情況。這個名字有點誤導——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錐形，位于高速物體后方。

從太空進入地球大氣層的物體通常以超過音速的速度下落，達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信號。然而，研究人員推測這些儀器可能能夠追蹤聲學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設施構成威脅——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絡和內華達地震網絡，尋找模塊通過的證據。他們發現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。

根據地震數據，該模塊以約25至30馬赫的速度飛行，這與該物體進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）。

研究人員還發現，雖然早期墜落產生了一個大型爆炸信號，但后來它衰減為一個復雜的多重較小爆炸信號列——這與地面報告物體的破碎。

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。

“因為這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。”研究人員寫道.“然而，基于地震聲學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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另一個擔憂是潛在危險物質的擴散氣溶膠大小的顆粒當物體燃燒和破碎時，這些物質可能會被釋放。了解這些失效狀態如何展開，有助于科學家模擬這些云的分布方式和地點。

目前，失控的再入境仍是如此。雖然我們可能無法預防它們，但新研究展示了利用公開工具觀察和理解它們如何落下的途徑。

該研究已發表于科學.

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