一个傍晚，晚上7点12分，一枚SpaceX猎鹰9号火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地发射升空。发射过程堪称完美。火箭第一级在约40英里（约64公里）的高度分离，随后坠落回地球，最终平稳地降落在停泊于大西洋的SpaceX回收船上。任务的焦点随即转移到火箭的有效载荷上：29颗星链通信卫星，它们将被部署到近地轨道，距离地球表面约340英里（约545公里）。凭借这批新卫星，星链将进一步扩展其现有的庞大星座，使其卫星数量超过9000颗，所有卫星都以约17000英里/小时（约27000公里/小时）的速度绕地球运行。
此类发射已司空见惯。截至11月底，SpaceX已在2025年发射了152枚猎鹰9号火箭，创下该公司年度发射纪录。虽然SpaceX在火箭发射领域无疑是领头羊，但太空经济如今已超越美国，涵盖了来自欧洲、中国、俄罗斯、印度、以色列、日本和韩国的轨道任务——包括军事、科学和商业用途。今年全球轨道发射总数将首次接近300次，而且毫无疑问，这一数字还将继续攀升。
一位科学家说：“我们现在正处于这样一个阶段，我们正在对大气层做一些以前从未做过的事情。”
星链公司已向美国联邦通信委员会申请扩大其卫星群规模。目前，星链的卫星群已占据地球上绝大多数在轨卫星，预计几年内，其在轨卫星数量将达到4.2万颗。由杰夫·贝佐斯领导的火箭公司蓝色起源正处于协助亚马逊部署卫星网络的早期阶段，该网络由约3000颗卫星组成，名为亚马逊Leo。法国的欧洲通信卫星公司等欧洲企业也计划扩展其天基卫星网络。
“我们现在有12000颗在轨运行的卫星，而十年前只有1200颗，这简直令人难以置信，”哈佛大学和史密森学会的科学家乔纳森·麦克道尔（Jonathan MacDowell）最近告诉我。他几十年来一直在 追踪太空发射。麦克道尔指出，根据通信机构的申请以及企业的预测，卫星业务将继续以惊人的速度增长。到2040年，绕地球运行的在轨卫星数量可能会超过10万颗。
但迄今为止，统计发射和卫星的数量比评估它们的影响要容易得多。过去十年，天文学家一直在关注如此频繁的高空活动是否会影响他们研究夜空中遥远天体的机会。与此同时，其他科学家则专注于物理危险。多项研究预测，碰撞和太空碎片（可能坠落到地球上，或在极少数 情况下，坠落到巡航飞机上）的可能性越来越大。
一枚SpaceX猎鹰9号火箭正在发射升空。SpaceX目前已有超过9000颗星链卫星在地球轨道上运行。
然而，最近科学家们开始关注另外两个潜在问题：火箭燃料的排放，以及卫星和火箭级在重返大气层时大部分烧蚀（即燃烧殆尽）产生的排放。“这两个过程都会产生污染物，这些污染物几乎会进入大气层的每一层，”伦敦大学学院的大气科学家埃洛伊斯·马雷解释道，她负责收集发射和重返大气层的排放数据。
正如马雷斯告诉我的那样，至关重要的是要明白，星链的卫星以及其他商业公司的卫星，都不会无限期地运行。它们的寿命大约为五年，因此会定期脱离轨道并被其他卫星取代。所以，新的卫星业务具有周期性：发射；部署；脱离轨道；销毁。然后重复。
这一循环表明，我们正在将地球的中层大气和平流层——即贴近地表的对流层之上的大气层——当作航天器的焚烧炉。或者正如乔纳森·麦克道尔所说：“我们现在正处于一种前所未有的状态，对大气层进行着前所未有的改造。”麦克道尔和他的几位同事似乎都认同，我们尚不了解航天器再入大气层和发射将如何改变大气层，以及改变的程度。因此，我们无法确定这些改变会对地球的天气、气候以及（最终）地球上的居民产生怎样的影响。
为了解卫星部件重返大气层时的解体方式，该部件在风洞中进行燃烧测试。 欧洲航天局
要在一个新兴的环境框架下审视近地轨道，将其视为一个相互关联的 因果系统会很有帮助。正如任何系统一样，试图解决一个问题可能会引发另一个问题。例如，长期以来，人们一直秉持着“设计以应对毁灭”的理念（用航空航天工程师的行话来说），这意味着在设计卫星时就考虑到它无法承受重返大气层时的高温。英国伯明翰大学航天学教授休·刘易斯指出：“但除非你了解事物之间的联系，否则你的解决方案会产生意想不到的后果。”刘易斯告诉我，通过焚烧来减少“碎片数量”，从而（除极少数例外情况外）避免我们遭遇坠落的卫星或火箭残骸，我们似乎选择了“从大气层角度来看可能是最有害的解决方案”。
我们并不完全了解所有燃烧物质的成分。然而，科学家们已经追踪到卫星和废弃火箭残骸脱离轨道时在中间层大气中汽化的多种元素；他们得出结论，正如最近 发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究所述，这些汽化的物质“会凝结成气溶胶颗粒，并下降到平流层”。这项PNAS研究采用高空空气采样而非模型模拟，结果表明这些微小颗粒含有铝、硅、铜、铅、锂以及铌等更为罕见的元素。铝的大量存在，表明氧化铝纳米颗粒的形成，这可能尤其令人担忧，因为它会破坏地球的保护性臭氧层，并可能使我们在遏制氯氟烃（CFC）造成的破坏方面取得的进展付诸东流。近期发表在《地球物理研究快报》上的一项学术研究得出结论：一颗重达550磅的卫星（新型星链卫星更大，重约1800磅）烧蚀后会产生约70磅的氧化铝纳米颗粒。这种漂浮的金属污染物可能会在空中停留数十年。
大气层结构。美国国家航空航天 局（NASA）
此外， 《美国国家科学院院刊》（PNAS）的研究以及其他研究表明，人类活动对高层大气的影响将会扩大，尤其是在被焚烧的机械设备总质量不断增加的情况下。我采访的几位科学家指出，他们已经修正了之前的观点，即烧蚀卫星的影响不会超过在大气层中自然燃烧并在平流层留下金属痕迹的陨石。“陨石的质量可能更大，”不列颠哥伦比亚大学的天文学家亚伦·博利（Aaron Boley）说，“但这些卫星仍然会产生巨大的影响，因为它们的成分差异巨大。”
去年，一组隶属于美国宇航局（NASA）的研究人员制定了一项 研究计划，旨在填补与这些大气效应相关的巨大“知识空白”。该团队提出了一项建模方案，并辅以从现场测量中收集的数据。虽然部分信息可以通过高空飞机飞行获取，但要采集更高空域的大气样本，可能需要使用探空火箭进行亚轨道飞行测试。这项工作被认为极具挑战性且成本高昂，但却必不可少。“除非你掌握了实地数据，否则你不能过分相信你的模拟结果，”哥伦比亚大学的科斯塔斯·齐加里迪斯（Kostas Tsigaridis）告诉我，他是NASA团队的科学家之一。
越来越明显的是，火箭排放的烟羽（如同再入大气层一样）会对臭氧层产生重大影响。
齐加里迪斯解释说，NASA未来科学投入的不确定性一直拖慢了美国在相关研究领域的步伐。不过，海外出现了一线曙光。欧洲航天局（ESA）于9月举办了一次国际 研讨会，旨在解决一些知识空白，特别是与卫星烧蚀相关的知识空白。ESA工程师亚当·米切尔表示，此次会议促成了未来24个月内启动现场测量活动的承诺。至少在欧洲，这一举措表明人们已经意识到航天工业的发展速度超过了我们理解其影响的能力，并呈现出紧迫感。
大气污染问题不仅仅关乎来自天空的降水，也与火箭升空过程中产生的物质息息相关。根据马雷领导的伦敦大学学院团队的计算，火箭发射过程中产生的二氧化碳等温室气体的量与商用客机相比仍然微乎其微。另一方面，越来越明显的是，火箭发射任务最初几分钟内扩散到平流层的尾焰，可能像再入大气层一样，对臭氧层造成显著影响。
SpaceX星舰的试飞
目前最常用的火箭燃料是一种名为RP-1的高精炼煤油，SpaceX公司的猎鹰9号等运载火箭就使用这种燃料。RP-1与液氧混合燃烧时，会将黑碳颗粒释放到平流层中。科罗拉多大学的克里斯托弗·马洛尼领导的一项最新 研究利用计算机模型评估了黑碳吸收太阳辐射的方式，以及它是否会显著升高高层大气温度。基于未来几十年航天工业的发展预测，研究人员得出结论：黑碳的增温效应将使平流层温度升高多达1.5摄氏度，从而导致北半球臭氧层显著减少。
或许更换推进剂可以缓解潜在的问题。但解决方案并非表面看起来那么简单。例如，常用于火箭助推器以提供额外推力的固体燃料会释放氯——另一种破坏臭氧层的元素。而未来的推进剂似乎是液化天然气（LNG）的各种配方，通常被称为液态甲烷。液态甲烷将用于为SpaceX公司的巨型星舰提供动力，这是一款新型飞行器，旨在用于卫星部署、登月任务，以及未来可能进行的火星探测。
SpaceX 的高管曾表示，他们希望每天都能建造一艘新的星舰，为近乎持续不断的发射做好准备。
燃烧液化天然气产生的黑碳排放量可能比燃烧RP-1燃料少75%。伦敦大学学院的马雷斯表示：“但问题在于星舰火箭的体积要大得多，发射的质量也大得多。” 因此，尽管液态甲烷燃烧可能更清洁，但大量使用——以及更频繁的发射——可能会抵消其优势。最近，SpaceX位于德克萨斯州工厂的高管表示， 他们希望每天建造一架新的星舰，使公司能够应对近乎不间断的发射循环。
科学家们担忧的一点是，如果新的研究表明太空污染正在造成严重影响，那么它最终可能会像 海洋中的塑料污染一样，成为一种空气传播的污染。而较为乐观的观点则认为，太空产业尚处于发展初期，仍有时间寻找解决方案。例如，欧洲航天局（ESA）近期的一些研究工作就致力于改变卫星“设计以求毁灭”的理念，转而采用一些科学家所称的“设计以求生存”。目前，已有数家公司正在测试能够在重返大气层时不被烧毁的卫星；例如，一家名为 Atmos的公司正在研发一种充气式“大气减速器”，它既可以作为隔热罩，又可以作为降落伞将货物送回地球。卫星或许可以采用更安全的材料制造，例如日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）计划于2024年测试的那颗主要由木材制成的卫星 。
ATMOS Space Cargo 开发了一种充气式隔热罩，旨在帮助有效载荷安全返回地球。
更雄心勃勃的计划正在讨论中：前NASA工程师莫里巴·贾赫(Moriba Jah)概述 了一种轨道“循环经济”的设计方案，该方案呼吁“开发和运营可重复使用和可回收的卫星、航天器和空间基础设施”。在贾赫的设想中，太空经济中使用的机器应该采用模块化设计，以便部件可以拆卸、保存和再利用。任何价值微乎其微的物品都将得到负责任的处置。
我采访的大多数科学家都认为，对环境责任的更深入认识可能会动摇航天产业正在形成的格局。“监管往往会转化为额外的成本，”伦敦大学学院的马雷说，“这是一个问题，尤其是在航天私有化的情况下。”例如，转向建造能够经受住重返大气层考验的卫星，可能会改变这个行业的经济模式。正如天文学家亚伦·博利指出的那样，航天产业的建立初衷是为了 效仿消费电子产品行业的“一次性”模式。
博利还警告说，技术解决方案可能只是避免危险的一个方面，并不能解决近地轨道作为一个共享且脆弱的系统所面临的所有复杂问题。博利认为，除了新型燃料、卫星设计和再入方案之外，我们或许还需要考虑配额制度，而这需要国际管理协议。他承认这听起来可能“不切实际”；尽管存在外层空间条约和联合国准则，但它们并未涉及此类治理问题。此外，大多数国家的重点是加速太空经济的发展，而不是限制其发展。然而，博利认为，如果没有集体行动的政策应对措施，我们最终可能会面临轨道过于拥挤，以至于超过安全承载能力的局面。