太空垃圾坠落时，能靠音爆声追踪

2024年4月，中国神舟十五号任务的废弃航天器碎片在南加州上空坠入大气层，形成一连串火球。这些太空垃圾在大气层中翻滚时产生了音爆，而地球上的地震台站捕捉到了这些信号。今日《科学》杂志发表的研究显示，科研人员利用这些地震数据，成功对该航天器碎片的轨迹进行了追溯性且精准的预测（碎片最终在大气层中烧毁，未撞击地球）。他们指出，这种方法凸显出地震网络有望提供比雷达观测更精准的近实时坠落物体预警。

美国太空部队等机构目前使用雷达追踪直径大于10厘米的太空物体。地球轨道上被追踪的物体数量从2015年的约2万增加到如今的4.3万多，其中绝大多数是太空垃圾，包括废弃卫星、火箭助推器残骸及太空碰撞碎片。这些物体最终会因阻力坠落地球，小物体在高层大气中解体烧毁，大物体则可能幸存。坠落碎片对飞机构成威胁，可能迫使飞机改道或延误起飞，虽多数碎片落于无人区（通常是海洋），但仍有损坏建筑或伤人的小概率风险，部分还含有毒或易燃推进剂。

布法罗大学航空工程师约翰·克拉西迪斯（未参与该研究）表示：“我们已有这些传感器，可用于其他用途，他们所采取的步骤令人印象深刻。”不过，克拉西迪斯指出，追踪碎片并预测落点十分困难，主要因高层大气模型不完善，难以预测高速太空垃圾的翻滚轨迹。密歇根大学行星科学家尼尔顿·雷诺补充，大气密度每日变化（如太阳耀斑会使大气吸收更多能量并向外膨胀，影响碎片所受阻力）更增加了复杂性。

约翰·霍普金斯大学地震学家兼行星科学家本杰明·费尔南多思考，全球数千个地震台站或能助力解决这一问题。由于坠落物体速度约为声速的30倍，其前方空气被压缩成强大冲击波，音爆冲击地表时会被地震仪记录。费尔南多认为，通过绘制不同地震台站接收到的冲击波到达时间，可反推出坠落碎片的路径、速度及解体情况。

为验证该理论，费尔南多与伦敦帝国理工学院工程师康斯坦丁诺斯·哈拉兰博斯，对2024年4月加州上空的火球事件（神舟十五号轨道舱失控坠落所致）展开研究，发现加州和内华达州的126台地震仪记录到了坠落碎片产生的音爆。研究人员仔细排除了地震或其他事件的干扰——飞行路径下方的多个台站几乎同时记录到音爆，这种时间特征反映了坠落航天器的极高速度。费尔南多称：“这种模式完全可证明这不是地震、汽车群或地震仪偶尔捕捉到的其他奇特现象。”利用这些数据，两人估算出的航天器轨迹比之前预测的路径偏南约28公里。

该方法广泛应用前仍面临挑战：费尔南多表示，难以准确模拟风等大气条件对碎片轨迹和音爆的影响；雷诺则指出，在地震多发的南加州之外、地震仪器较少的地区，估算落点可能较困难。但费尔南多称已构思改进方法，希望未来5年内打造“近实时地震探测重返大气层太空碎片的自动化流程”，全球多国航天机构已对此表示兴趣。