太空垃圾目錄——月球計劃指南

月球任務的新太空垃圾目錄

月球任務的新太空垃圾目錄

未來幾年計劃有超過100次的登月計劃——包括即將到來的阿爾忒彌斯計劃（Artemis mession），航天局希望未來十年內將人類重新送到月球。因此，科學家們正在創建一個新的太空垃圾目錄。它將幫助我們追蹤地球和月球之間的人造碎片，以免其成為問題。圖源NASA/The Conversation。

一直延伸到月球的太空垃圾

數十年來，科學家和政府機構一直擔心于環繞在地球周圍的人造太空垃圾。但人類對太空的雄心不僅僅限于地球周圍的空間。20世紀60年代以來，隨著阿波羅計劃的啟動以及美蘇之間的太空競賽，人類也一直在月球周圍留下垃圾。

如今，專家估計，在地球和月球之間以及月球軌道上有幾十件人類制造的太空垃圾。其中包括火箭體、失效的衛星和各項任務遺留的殘骸，它們在地月空間中運行。（地月空間是地球和月球之間的空間）。而這只是體積小的垃圾。但是天文學家對這些碎片的位置知之甚少，更不用說它們是什么以及它們是如何到達那里的。

為月球計劃太空垃圾目錄

我（Vishnu Reddy）是一名行星科學家，同時還負責亞利桑那大學的空間安全、安保和可持續性中心（Space4）。隨著太空計劃的重點轉向月球，未來的每一次任務都會在新月空間留下更多垃圾。這是一個新問題，未來可能會給宇航員和航天器帶來危險。

我的同事羅伯托·弗法羅和我希望能夠幫助控制該問題，我們正在利用望遠鏡和現有的月球任務數據庫來尋找、確定并跟蹤月球空間碎片。我們將建立世界上第一個月球空間物體的目錄。

自20世紀60年代以來，像阿波羅計劃這樣的任務一直在將機器人和人送往月球。他們一直在留下一些垃圾。圖源NASA。

忽略后的潛在危險

歷史上，宇航局和軍方沒有密切跟蹤來自數十次載人和機器人登月任務的空間碎片。也沒有一個國際機構對月球進行監測。這種缺乏監督的情況，造成了科學家們對絕大多數月球空間碎片的位置和軌道知之甚少，而且這些碎片并不會簡單地消失，在近乎真空的太空中，任何留在繞月軌道或近月空間的東西都可能在那里停留至少幾十年。

月球任務面臨的風險

對有關圍繞月球運行的人造物體信息的缺乏，給月球任務帶來了許多風險。

首先是碰撞的風險。人類正處于新一輪月球探索的起點。在未來的10年里，六個國家和幾家商業公司有超過100次的任務計劃。每一次任務，與現有碎片碰撞的風險就會增加。同樣，隨著任務的進行，留下垃圾碎片的總量也會增加。

太空垃圾墜落到月球表面也是一個現實風險。因為月球沒有厚實的大氣層，無法燒毀掉落的太空垃圾。2022年3月，我們觀測到一個廢舊的中國火箭助推器撞擊到月球的另一邊，我們通過使用我們建造的望遠鏡來跟蹤新月空間中的物體，最終確定該物體來自中國。由于和中國都計劃在未來幾年內建立月球基地，墜落的碎片可能對月球上人類生活和基礎設施的造成真實威脅。

難以追蹤

如果想避免月球成為一個宇宙垃圾場，就需要追蹤月球上的太空垃圾。但是，即使天氣好的情況下，這樣做也是具有挑戰性的，主要原因有兩個：距離和光線。

地月空間距離地球約266萬英里（4280萬公里），這遠遠超過了美政府目前追蹤太空中物體的距離。但是空間并不是二維的，恒星空間的三維體積是巨大的。相比之下，在這其中的所有物體都很微小。

光帶來了另一個挑戰。就像月亮本身一樣，一個物體在星系空間的亮度取決于該物體反射多少陽光。在新月期間，月球碎片在夜空中顯得昏暗和低矮，使其難以被發現。在滿月期間，同樣的物體在天空中很高。由于更多的陽光照射到它們，它們會更亮，但它們與滿月周圍的亮光融為一體。在滿月期間發現物體就像在明亮的探照燈下尋找螢火蟲的微弱光芒。在月球的強光中，有一個“伊麗莎白圈”，因難以追蹤其中的物體而得名。

亞利桑那大學的一個學生和教授團隊建造了一個望遠鏡來追蹤月球附近的物體。圖源維斯努-雷迪 (Vishnu Reddy)/亞利桑那大學/會話（The Conversation）/ CC BY-ND。

策劃空間垃圾目錄

由于高難度以及資源的匱乏，沒有一個團體或組織在對月球附近的物體進行追蹤。在2020年，弗法羅和我接受了挑戰——對地月空間的人造碎片進行發現、追蹤和記錄。

首先，我們將來自各種望遠鏡和數據庫的歷史觀測數據相互匹配，以識別和確認已記錄的物體。發現并沒有用于追蹤地月空間中物體的專業望遠鏡后，我和亞利桑那大學的學生決定開始建造。2020年底，我們建造完成了一個直徑為24英寸（0.6米）的望遠鏡，它位于圖森附近的生物圈2號天文臺。

我們追蹤的第一個物體是嫦娥五號，中國的第一次月球采樣返回任務。這枚大型火箭于2020年11月23日發射，向月球飛去。盡管有強大的月球眩光，我和我的學生們還是能夠追蹤嫦娥五號到離月球12,354英里（19,881公里）的距離。那是深入到伊麗莎白圈的地方。有了這次成功，我們開始跟蹤新發射的地月空間的導彈、火箭等的有效載荷，將它們添加到新建立的目錄中，以便我們能夠計算和預測軌跡，防止遺失。

為了確定新舊空間碎片的特征，一旦我們弄清了一個物體的位置，我們就會使用地球上的光學和近紅外望遠鏡來捕捉該物體的光譜特征——在物體表面反射的特定波長的光，這樣，我們就可以了解物體的材質，并對其進行識別。這就是我們識別2022年墜入月球的神秘火箭助推器的依據。此外，我們還可以測量物體反射光線隨時間的變化，以確定該物體的旋轉速度，這同樣可以幫助識別。

地月空間垃圾目錄將不斷更新

在過去的兩年里，我們在尋找和識別星系空間的物體方面不斷進步。起初，我們興奮于能識別出校車大小的嫦娥五號航天器。現在，我們已經能夠追蹤麥片盒大小的立方體衛星，如國家航空航天局的月球手電筒。

迄今為止，我的團隊已經識別到幾十塊在近月空間的碎片。同時我們也不斷地將其添加到目錄中，未來的大部分工作包括繼續觀察并將物體與已知的太空項目相匹配，以確認有哪些物體以及它們來自哪里。

雖然仍有很長的路要走，經過不懈的努力，目前目錄雛形已經形成，在未來，這有助于在人類向地球以外的地方探索時，更安全、更可持續地利用地月軌道空間。

維什努-雷迪Vishnu Reddy，亞利桑那大學行星科學教授

本文以創作共用協議的形式從The Conversation轉載。閱讀原文。

一句話： 隨著更多登月任務的進行，科學家們正在創建一個空間垃圾目錄，以追蹤地球和月球之間的碎片。

BY:EarthSky Voicesand

FY:柒夏

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來源: 天文在線