SpaceX 两次火箭爆炸竟把电离层炸出大洞

2023 年 11 月 18 日，对于 商业航天公司 SpaceX 来说不是美好的一天。在测试其 不锈钢外壳的星际飞船（旨在成为该公司前往火星的运载工具）时，航天器在升空四分钟后在德克萨斯州博卡奇卡的上空爆炸。

在一个金属容器中装满一千多吨推进剂并将其发射到外太空总是 存在相应的风险（包括爆炸），但这一特殊事件——发生在地球表面上方约 93 英里处——让科学家能够密切研究人类航天飞行中一个鲜为人知的方面：火箭对地球极其重要的电离层造成了什么损害？

在距离地表约 50 至 400 英里的地球大气层边缘与外太空交界处，电离层是一片由带电粒子组成的海洋，对全球无线电和 GPS 技术至关重要，同时也保护我们免受有害的太阳射线的伤害。因其在现代社会的日常运行中发挥着重要作用，科学家们急于了解电离层的扰动如何影响地球上的生命，这便是来自俄罗斯和法国的研究所及大学的研究团队对有史以来所建造的最高且最强大的火箭爆炸进行分析的原因。研究结果发表在《地球物理研究快报》杂志上。

虽然这对于 SpaceX 来说是个坏消息，但令人奇怪的是，这次爆炸提供了一个难得的研究机会来研究电离层的某些方面，在正常情况下，这些方面太过微弱以至于无法探测到。

“像星际飞船爆炸这类灾难性现象之所以有趣，正是因为在较弱的事件里，你能够看到设备检测不出的影响，”科学家向塔斯社表示，塔斯社是一家由俄罗斯国家资助的新闻机构。“通过分析数据并了解其性质，我们对电离层的结构[以及]其中发生的现象的性质有了更深入的了解。”

电离层经常受到外部自然现象的影响。火山爆发、地磁风暴和太阳耀斑经常冲击电离层，并产生一种被称为北极光和南极光的绚丽色彩景象，它们通常在靠近地球两极的地方传播（尽管并非总是如此）。然而，有明确的记载显示，人造火箭也会在这个带电的保护层上撕开洞。2023 年 7 月，Spaceweather.com 报道称，SpaceX 猎鹰 9 号火箭发射后，出现了持续 20 分钟的“流血”般的极光，一枚搭载美国太空部队卫星的火箭同样在电离层上打了一个洞，不过它也很快就恢复了。

这两起事件均由电离层与火箭燃料的相互作用引起，但 11 月的事故是一次大规模的爆炸。这项新的研究证实，电离层经历了“大幅度的总电子含量减少”，这很可能因猎鹰重型火箭的燃料尾气冲击而加剧，该火箭在与星际飞船分离后不到一分钟的较低高度也发生了爆炸。研究团队从 2500 个地面站收集这些数据，发现这个洞主要从墨西哥的尤卡坦半岛延伸至美国东南部，不过这个洞的确切大小尚不清楚。

好在对我们而言，这些大气空洞远不像 20 世纪 90 年代令世界震惊的臭氧层空洞（到本世纪中叶会慢慢自愈）那么严重，因为科学家报告说，这种由“灾难性现象”引起的星际飞船造成的离子空洞在 30 或 40 分钟后就闭合起来了。但这类相互作用仍未被充分理解，考虑到电离层对全球技术——更不用说人类健康——的重要性，这是令人担忧的。

因此，以一种奇特的方式，对 SpaceX 来说糟糕的一天，对世界各地的大气科学家来说却是美好的一天，因为这将极大地促进科学界对电离层的理解，于我们而言也是。