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SpaceX想把100万颗AI卫星送上太空这对地球气候意味着什么?

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专家警告称,如果未来十年内,数十万颗在轨数据中心卫星组成的星座真的被大规模部署,火箭发射及卫星再入过程中释放到地球高层大气的危险污染物浓度,很可能会逼近一个极其危险的临界点。


SpaceX计划中的一颗“星智”(Starmind)人工智能卫星在轨渲染图。

图源:SpaceX

毫无疑问,地球正面临一个日益严峻的AI数据中心难题。根据美国电力研究协会(EPRI)的预测,到2030年,AI数据中心的用电量,可能将占到美国全社会总用电量的17%。为了满足不断攀升的电力需求,新的化石燃料发电厂正在加紧建设,而不少原本计划退役的老旧电厂,也因此被迫继续超期服役。除此之外,数据中心为给计算设备降温,还要从本就水资源紧张的水库中,抽取大量宝贵的水资源。

SpaceX、亚马逊和蓝色起源(Blue Origin)等公司,都声称自己已经找到了解决方案,把这些高耗能的数据处理基础设施,直接搬到太空中去,那里太阳能唾手可得,产生的热量也能轻松散逸到冰冷的真空环境中。据统计,这几家公司已联合向美国联邦通信委员会(FCC)提交申请,计划在未来10年内,发射超过100万颗在轨数据中心卫星。而如果一切按计划进行,其中绝大多数都将归属于SpaceX旗下,埃隆·马斯克(Elon Musk)此前就曾表示,SpaceX希望独立运营一个由100万颗卫星组成的AI星座。

这样的计划,让不少大气科学家们头疼不已。如果这些项目全部落地,未来卫星的发射数量和再入大气层的数量,将比目前的水平暴增100倍。

原本洁净的高层大气

“火箭发射和卫星再入,可以说是人类目前唯一会直接向高层大气中释放物质的活动,”不列颠哥伦比亚大学天文学教授、空间可持续发展研究者亚伦·博利(Aaron Boley)向Space.com表示,“而高层大气特殊的物质混合方式,也意味着发射和再入过程所产生的排放,其实际影响要远远大于人们的直觉认知。”

大多数火箭在发射过程中,都会排放黑碳,而黑碳很可能进一步加剧全球变暖。卫星本体大多以铝材为主要构造材料,一旦在富氧环境中燃烧殆尽,很可能会转化为氧化铝。而氧化铝,恰恰是一种已知能够诱发臭氧层损耗的物质,这一危险的化学过程,正是1987年《蒙特利尔议定书》成功遏制的对象。

目前,科学家们对污染物与高空大气气体之间具体发生的化学反应,尚未形成精确的科学认知;对于可能导致气候影响从轻微演变为严重的“临界点”,同样知之甚少。更为棘手的是,相比汽车尾气和工厂烟囱等近地面污染源,高层大气中的污染物一旦沉积,滞留时间要长得多。

“在靠近地面的地方,雨水和风力,能在几周之内就把污染物从大气中清除掉,”伦敦大学学院大气化学教授埃洛伊丝·马雷(Eloise Marais)向Space.com表示,“但如果把污染物直接排放到大气层更高的位置,我们就只能依靠速度极其缓慢的自然大气过程,才能让这些污染物重新沉降下来。”

发射次数,太多了

科学家们认为,火箭排放的黑碳,在大气中可能会滞留长达三年之久,这也意味着,未来一段时间内,其浓度很可能面临危险的攀升风险。

SpaceX的“星舰”(Starship)超级重型火箭,未来很可能会在部署数据中心星座的过程中,扮演关键角色。与SpaceX目前的主力运载火箭“猎鹰9号”(Falcon 9,其燃料为一种航空煤油)不同,“星舰”燃烧的是更为清洁的甲烷与液氧组合燃料。但马雷提醒道,考虑到“星舰”本身体型庞大,加之部署庞大星座所需的发射频率将大幅提升,最终排放到高层大气中的污染物总量,实际上很可能不减反增。

“‘星舰’是一枚更大的火箭,燃烧的推进剂也更多,”马雷说,“所以从单次发射的角度来看,两者之间的差异几乎可以相互抵消。就单次发射而言,‘星舰’产生的黑碳量,很可能与现有火箭相差无几。”

英国格拉斯哥卡利多尼亚大学(Glasgow Caledonia University)空间可持续发展研究员安德鲁·威尔逊(Andrew Wilson)透露,“星舰”每次发射,大约会产生7.6万公吨的二氧化碳当量排放,这一数字,大致相当于17,727辆燃油乘用车一整年的排放总量。



2026年7月24日,SpaceX“星舰”超级重型火箭执行第13次试飞任务发射升空。

图源:SpaceX

据估算,要完成SpaceX计划中那个百万级数据中心星座的部署,可能需要多达77,000次“星舰”发射,平均每年约15,300次。这将为大气层增添极其可观的火箭污染总量。作为对比,据Space News统计,2025年全球轨道火箭发射总次数,也不过区区324次。

太空垃圾,正化作一场“金属雨”

除了火箭发射之外,卫星再入大气层烧毁所产生的有毒灰烬,同样令人担忧。据欧洲航天局统计,目前,地球轨道上运行的在役及报废卫星,总数已接近1.9万颗。就目前而言,地球轨道上数量最多的卫星型号,是SpaceX的星链V2 Mini卫星,单颗重量约为1,760磅(约800千克)。但SpaceX计划中的轨道数据中心卫星,体型很可能要庞大得多,据现有估算,这些数据中心卫星配备的太阳能阵列,宽度可达246英尺(约75米),单颗卫星重量甚至可能高达7.5公吨。

业内人士普遍预计,和现有通信卫星的更新换代方式类似,SpaceX及其他运营商很可能会计划每五年,就用更新的技术,替换掉现有的AI卫星。这也意味着,未来每年可能都会有数十吨、甚至数百吨的金属材料,重新坠入地球大气层,其总量甚至可能超过每年自然坠落地球的陨石总量。

卫星所使用的材料,本身并不属于地球大气层中天然存在的物质,这也意味着,这类卫星再入事件所带来的后果,具有相当程度的不可预测性。

“就在十年前,卫星再入问题其实还算不上什么令人担忧的事情,因为当时每年自然坠入大气层的陨石数量,要远远多于人造卫星,”威尔逊说,“但如果太空中同时存在数十万乃至数百万颗卫星,我们实际上就是在制造一场持续不断的‘人造材料雨’——电子设备和各类金属,将以原本不该出现的方式,持续不断地进入地球大气层。”

他还补充道,这种局面,与目前仍在持续恶化、丝毫没有放缓迹象的气候变化问题颇为相似,毕竟,人类至今仍未能有效削减碳排放。

“这是人类历史上太空中物体数量最多的一个时期,而我们却还在不断提出越来越多、越来越多的新计划,”威尔逊说,“而在我看来,人类对环境的考量,实在少得可怜。”

科学界的呼吁:先弄清楚,再发射

马雷补充道,目前投入到相关研究领域、用以厘清这些未知问题的科研经费,远远不够。

“我们需要多得多的观测数据,也需要多得多的时间,才能真正把这个问题研究清楚,”她说。

博利对此表示认同:

“我们必须彻底弄清楚这个问题,而且必须在真正发射上百万颗卫星之前就把它弄清楚。绝不能是先把卫星发射上去,然后再坐等观察会发生什么。”

这些卫星公司的部署计划,同样在天文学界引发了强烈抗议,天文学家们担心,这些庞大星座所带来的光污染,将严重影响天文观测工作。欧洲南方天文台(ESO)近期的一项研究得出结论:如果目前所有已规划的卫星星座项目全部建成,那么,未来人类从地面开展天文观测研究,恐怕将彻底成为一件不可能的事情。

参考

https://www.space.com/space-exploration/launches-spacecraft/spacex-wants-to-put-1-million-ai-satellites-in-orbit-what-would-that-do-to-earths-climate

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