人造卫星曾经在低地球轨道 (LEO) 中很少见，在 1950 年代太空时代开始时，只有少数人造卫星绕地球旋转。但是现在，有成千上万颗卫星蜂拥而至地球周围，还有更多的卫星等待加入。
那么，确切地说，有多少颗卫星在绕地球运行，以及在不久的将来有多少颗可能会加入它们？一旦所有这些卫星都在太空中发射，它们可能会导致什么类型的问题？
苏联于 1957 年发射了世界上第一颗人造卫星 Sputnik 之后，缓慢但稳定的卫星流进入低地轨道，直到 2010 年代，每年发射 10 到 60 颗卫星，苏普里亚·查克拉巴蒂 (Supriya Chakrabarti) 说，马萨诸塞州洛厄尔在Live Science 姊妹网站Space.com 上发表的一篇文章中写道。Chakrabarti 写道，从那时起，这一速度飙升，2020 年有 1,300 多颗新卫星发射到 LEO，2021 年发射了 1,400 多颗卫星。根据联合国的外层空间物体指数，截至 2021 年 9 月，LEO 总共有大约 7,500 颗活动卫星。
拥挤的市场
LEO 中的卫星数量将在未来几十年继续以指数级的速度增长，该区域距地球最远可达 1,424 英里（2,000 公里）。这是因为私营公司正在建立自己的巨型星座，每个星座都包含数千颗独立卫星，用于开发更快的在线网络并提供一系列其他服务，例如监测气候变化。
不列颠哥伦比亚大学的天文学家 Aaron Boley 说，现在这种活动增加的主要原因是成本下降。“我们知道 SpaceX、OneWeb、亚马逊和 StarNet/GW [中国卫星网络] 已经提出了总计 65,000 颗卫星，包括其卫星计划的所有阶段，”博利告诉 Live Science。他补充说，“总共提出了超过 100,000 颗卫星”。
2021 年 10 月，卢旺达还宣布了自己的巨型星座，名为 Cinnamon，其中可能包含超过 320,000 颗卫星。根据卢旺达航天局的一条推文，目前尚不清楚该项目何时可能成为现实，但该国已申请启动该项目的许可。
然而，所有这些新卫星都带来了许多新问题，正如 2021 年 5 月由 Boley 共同领导并发表在《科学报告》杂志上的一项对巨型星座的研究所强调的那样。
“这会导致空间交通管理问题，会加剧空间碎片的扩散，干扰天文学和观星，火箭发射和再入会造成大气污染，”博利说。“我们仍在努力了解影响的程度。”
空间交通和碎片
随着未来几十年越来越多的卫星被送入轨道，碰撞和后续空间碎片的数量可能会激增。LEO 中已经有至少 1.28 亿块碎片。据伦敦自然历史博物馆称，其中大约 34,000 个超过 4 英寸（10 厘米），未来还会有更多。
“这么多卫星的安全运行将是一个重大挑战，”博利说。“在一个特定轨道上发生的会产生大量空间碎片的事故有可能影响广泛的轨道。”
碰撞并不是空间碎片的唯一来源；Boley 说，卫星也可能因长时间暴露在 LEO 的强烈紫外线辐射下而发生故障。
空间碎片有可能对其他卫星以及其他航天器造成重大损害。2021 年 6 月，国际空间站被一块碎片击中，碎片在机械臂上刺出了一个洞；幸运的是，空间站和里面的宇航员避免了任何重大损坏，Live Science 先前报道。
最终，LEO 中的卫星数量可能导致一系列失控的碰撞，这些碰撞将散布在 LEO 周围的空间碎片，以至于我们无法发射新的火箭。这种可能性被称为凯斯勒综合症，许多天文学家担心，如果我们不能控制空间碎片，它可能会阻止人类成为多行星物种。
凯斯勒效应不会有明确的时刻开启，”博利说。“相反，由于碎片生成和碎片清除率的不平衡，这是一个渐进的过渡。” 但他补充说，一些证据已经表明，需要从低轨主动清除碎片，以避免凯斯勒综合症的发生。
然而，据《科学美国人》报道，从 LEO 清除空间碎片在后勤上具有挑战性，目前还没有商定的清除方法。
发射和再入
与航空业等其他行业相比，航天工业的碳足迹要低得多。据《卫报》报道，一次火箭发射平均会向地球大气层释放 220 至 330 吨（200 至 300 公吨）的碳。相比之下，平均长途商业航班每位乘客会释放约 2 至 3 吨（1.8 至 2.7 公吨）的碳，并且每年有数千万次航班。
然而，据《卫报》报道，随着发射卫星所需火箭的高需求增加，火箭发射的碳排放量每年增加 5.6%。
造成环境问题的不仅仅是卫星发射。博利说，随着卫星最终脱离轨道并重新进入地球大气层，它们也会向大气中释放化学物质。
Boley 对巨型星座的研究表明，在未来，卫星再入可能最终将更多的某些元素（例如铝）沉积到地球大气中，而不是陨石。科学家们不确定这可能会产生什么潜在影响，但人为导致的大气化学变化，例如气溶胶中氯氟烃 (CFC) 的释放，导致臭氧层出现空洞，但往往不会有好的结局。
此外，当卫星重新进入大气层时，它们也会对地面造成重大破坏。然而，现代卫星被设计成在再入时分解成更小的碎片，因此进入表面的物质更少。而且，通常情况下，坠落的太空垃圾会落在水中，约占地球表面的 71%。
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光污染
未来，从地球上可以清楚地看到卫星活动的增加。金属物体就像镜子一样，将光线反射回地球表面，它们的数量将彻底改变我们对夜空的看法。
一项关于光污染的研究——由博利合着，于 2021 年 9 月发布到 arXiv 数据库并提交给天文学杂志——显示，未来夜空中多达 8% 的光可能来自卫星。该研究还发现，由于拟议卫星的轨道，北纬和南纬 50 度附近的地方，如不列颠哥伦比亚省和巴塔哥尼亚，受卫星光污染的影响可能比其他地方更严重。
共同作者、多伦多大学士嘉堡分校的天文学家 Hanno Rein在一份声明中说： “这是我们对天空的看法的根本性变化，需要更严格的审查。” “每个人都会经历的。”
博利说，在未来，天空中每 10 颗“星星”中就有多达 1 颗实际上可能是卫星，这将“不断导致天空重新排列”。
这些卫星不仅会干扰业余观星，还会干扰专业天文学家的观测。“一些天文研究只会看到中等影响，但对广域调查的影响可能很大，”博利说。
寻找平衡
很明显，预测的卫星进入低地球轨道的速度是不可持续的，但卫星也为我们提供了重要的服务。“我们与卫星有着很深的联系，”博利说。“卫星在我们的供应链、金融交易、天气监测、气候科学、全球通信和搜救中发挥着重要作用。”
因此，我们需要找到一种方法来平衡收益和影响，博利说。
“我认为完全停止卫星发射是行不通的，”博利说。“然而，在我们有更好的国际规则之前，放慢速度并推迟放置 100,000 颗卫星将是谨慎的。”
