如果太空垃圾越来越多,地球会有一个类似土星的环吗?

赵泠,在知乎,见证世界的参差

不会。“类似土星的环”跟“太空垃圾”在物质组成和规模上迥然不同。即使不考虑人发射航天器的实际规律,由低含水量的金属碎片、废旧塑料、硅片等组成的假想的“地球环”的外观还是会和土星环有很大区别。

  • 土星环的主要成分是水冰,水冰占土星环质量的比例约 99.9%,许多冰粒的直径只有数微米。在地球轨道上,太阳辐射不会允许这种星环的形成——参与组成早期地球的物质、在地球轨道上粉碎的冰彗星、人发射的航天器变成的空间碎片(太空垃圾)都不行。
  • 土星环里有多条空隙,这和土星的一些卫星有关,地球轨道上缺少这样的卫星。
  • 近地轨道上轨道各异的空间碎片在再入大气层烧毁前缺乏足够的时间去转移足够的角动量来聚集在赤道平面上。

在此基础上,想要相对合理地设定空间碎片变得“越来越多”,要考虑实际条件。空间碎片多到一定程度后,没有手段清理靠近自身的空间碎片的航天器的正常运用会在空间碎片影响下变得困难,有手段的航天器则会大量消灭空间碎片,这会遏制人们进一步增加空间碎片的总质量。

  • 近地轨道上的空间碎片会在数月到数百年内再入大气层,时间取决于轨道高度等参数。
  • 当前地球轨道上有数百万片直径一厘米以上的空间碎片。将其画成距离很近的大量小碎片的图片严重不符合事实。地球周围的太空垃圾和卫星稀薄得很。

以正确比例表示地球与人造卫星和太空垃圾的立体示意图其实大家每天都看得到:直径 0.1 米的空间碎片与地球的比例,类似 PM2.5 颗粒与八十层大楼。

  • 如此稀薄的太空垃圾会让一些人担心,是因为在上述正确比例的示意图里我们每个人相当于几十微米长的细菌,大部分人造卫星相当于几十微米到几百微米长的尘埃,这些东西跟空间碎片的尺寸相近,相对速度上来之后碰到一起会出事。那不代表空间碎片有本事变成环状构造。

在八十层大楼附近几千万立方米空气里只有数百万个代表空间碎片的 PM2.5 颗粒、数千颗代表人造卫星的尘埃且几乎没有其他污染物的场合,肉眼看去天空一片湛蓝,能见度极好,空气质量优,这个状态就能表示地球周围人造卫星与太空垃圾的状况。示意图: