太空垃圾能造成的威脅超出想像：1公分大的物體撞擊就有可能將太空中運行的人造衛星打穿。
甚至還有上百公斤的太空垃圾成為「另類隕石」砸落地球的事件。過去歷史讓人類學習到破壞環境所引來的反噬力量，這個教訓能否讓人類在開發太空環境時有所自律，我們這一代將會是關鍵。
太空垃圾分布示意圖。每一個太空垃圾的位置是參考自真實數據。但尺寸則放大非常多倍。Credit: ESA [1]
2020 SO：跨越時代的太空垃圾
近地天體泛指那些會驚險掠過地球 (最近距離小於1.3天文單位）、而且繞行太陽的天體。
2020年9月17日，發現了一顆近地天體（Near-Earth Object）、命名為2020 SO。根據觀測與計算，這顆天體經過地球附近時，會因為地球重力而繞行地球，短暫地成為地球的另一顆月亮。
它並不會待太久，根據推估，2021年的2月它將脫離地球的重力場、繼續繞行太陽 。近地天體多半是小行星或彗星，目前觀測到的有上萬顆！然而這顆2020 SO似乎有些不同、引來科學家的注意 [2] 。
這一顆天體有什麼樣的特別之處呢？
疑點一：軌道。大多數的小行星或彗星都以很扁長的橢圓軌道著繞行太陽。可是2020 SO繞行太陽的軌跡卻非常接近圓形、軌道面也跟地球軌道面幾乎重疊。換句話說：幾乎與地球軌道重疊（圖1）。
疑點二：速度。這顆天體繞行太陽一圈大約387天，跟地球的365天非常接近。
因為上面說的這兩個疑點，天文學家猜測2020 SO可能是地球上做出來的東西，而不是宇宙中其他地方自然產生的。後來觀測了光譜之後，還發現這顆天體的成分竟然有不鏽鋼，讓人更加懷疑它是個人工製品，畢竟要找到宇宙中天然的不銹鋼還真不容易 [2] 。
圖1：太陽系內部分天體軌跡。中央位置是太陽，淺藍色軌跡是地球、白色軌跡是近地天體2020 SO。這兩個軌跡非常接近。Credit: NASA/JPL-Caltech [3]
答案揭曉！美國近地天體研究中心（Center of Near-Earth Object Studies）分析並與過往資料比對之後，證實2020 SO的真實身份其實是1966年登月太空船「測量員2號（Surveyor 2）」當初所使用的加速火箭（圖2）！
測量員2號是月球探測計畫的其中一台登月車，在1966年發射升空，好不容易抵達月球，卻在著陸時失去控制而墜毀。而幫助這台太空船噴進的加速火箭就這樣在脫落後繞著太陽公轉、成為太空垃圾，並在54年後的現在與地球重逢。[2][4]
圖2：測量員2號上的加速火箭。1966年脫落之後就成了太空垃圾。Credit: NASA [5]
滿滿的太空垃圾
太空垃圾（Space debris）問題一直是個隱憂，任何人為因素放上太空、任其在宇宙中飄流的都算是太空垃圾。
人類一次次地探索太空，總會有零星的東西散落在外，過去幾年來從工具鉗、工具包、手套等都有。甚至還有幾次製造大量太空垃圾的活動 [6]。
最早的一次大規模「太空垃圾排放」是1961年的西福特計畫（Project West Ford），又稱為針計畫（Project Needles）。那個年代的長途通訊主要仰賴海底電纜及無線電，在美蘇冷戰的情勢下，擁有良好的長途通訊品質格外重要。
海底電纜一旦被人切斷就沒辦法使用啦！而無線電主要靠的是地球大氣電離層的反射，通訊品質非常地不穩定。美國當時就把長途通訊的改良手段動到了太空上。美國軍方在1963年將480,000,000根銅針發射到地球上方3500 公里的中地球軌道，想藉由這些針的反射來增強無線電長途通訊的品質。
這引來了來自各界的抗議。最終西福特計畫在飽受爭議、以及人造衛星通訊的發展之下走入歷史。這些4億8千萬根針也就成了太空垃圾。美國官方宣稱這些針會在三年內被太陽輻射推入地球大氣層中燒毀，然而50多年後的今天，仍然有一些漂流在軌道中 [7] 。
圖3：國際太空站觀望台上被砸出的凹陷。半徑大概7毫米。根據推算，這是由幾個微米大的小碎片狀出來的。Credit: ESA/NASA [8]
太空垃圾具體來說會有什麼樣的危害呢？比較直接的威脅是會撞擊損毀衛星。
2016年國際太空站（International Space Station）的眺望臺窗戶就曾經被撞出一個7毫米大左右的凹陷 [8]（圖3）。
根據計算，當初撞上來的太空垃圾也不過就只有幾微米（千分之一毫米）那麼大而已！1公分大的異物就有可能破壞人造衛星上面的控制系統，超過1公分的就有可能直接撞穿太空站的外殼、達到10公分的異物攜帶的能量甚至相當於一顆炸彈，可能直接將太空衛星撞碎 [9] [10] ！
10公分以上了太空垃圾很多嗎？根據NASA的統計，現在太空中10公分以上的太空垃圾超過12,000件 [11]（圖4）！雖然太空本來就不是什麼安全的工作場所，但這種額外的工作風險卻是我們應該要避免的。
圖4：繞行地球軌道中，超過10公分大的物件數量統計圖。粉紅色點線是碎片狀的太空垃圾，橘色虛線是太空任務執行中產生的垃圾。Credit: NASA [11]
你以為不去太空、不當太空人、老實待在地球上就安全了嗎？
2001年，一個70公斤重的發動機外殼墜落在沙烏地阿拉伯的沙漠；2007年，俄羅斯的衛星造成的太空垃圾碎片脫落，只差9.7公里就會砸在一架經過的民航機上；2015年，250公斤的廢棄火箭墜落在美國德州（見圖5）！當太空垃圾變成了隕石，那地表上可沒有任何地方是真正安全的。
還有一些比較間接的影響，比方說：為了抵抗太空垃圾撞擊所做的外殼強化，會讓衛星製作經費多出上億美元。或者，人造衛星為了閃避太空垃圾，可能要短暫中斷與地面資料的傳輸，進而影響在地球上的活動 [6] [10] 。
圖5：近年太空垃圾成為隕石的例子。左圖為2001年墜落在沙烏地阿拉伯的發動機外殼，重達70公斤。右圖為2015年墜落在美國德州重達250公斤的廢棄火箭。圖片來源 NASA [12][13]
太空垃圾的情況整體看來仍在惡化當中（見圖4），目前美國、俄羅斯、日本等國家都針對10公分以上太空垃圾的進行監控。相關的應對方法也正在發展：美國嘗試使用雷射來減緩或改變小型垃圾（1至10公分）的速度 [14] 。
日本則嘗試使用太空網來將太空垃圾直接打撈走 [6]。過去人類破壞了地球上的環境，漸漸地受到了大自然的反撲，因此人類重視地球環境的永續發展。德國哲學家黑格爾說：「人類從歷史中學到的事情，就是永遠無法從歷史中學習 [15] 。」近年來人類染指了地球外的環境，能不能在發展之初就恪守底線、保持自律，責任就在我們這一代身上了。
參考資料：
[1] ESA/Debris objects in low-Earth orbit (LEO)
[2] wiki/2020 SO
[3] com/Earth may get a new minimoon — but it may just be 1960s space junk
[4] wiki/Surveyor 2
[5] Express/Nasa finds 'Asteroid 2020 SO' which skimmed Earth this week was actually old rocket part
[6] wiki/Space debris
[7] wiki/Project West Ford
[8] ESA/Impact chip
[9] AEROSPACE Crosslink Fall 2015 Vol. 16 No. 1
[10] Undseth, M., C. Jolly and M. Olivari (2020), "Space sustainability: The economics of space debris in perspective", OECD Science, Technology and Industry Policy Papers, No. 87, OECD Publishing, Paris
[11] Orbital Debris Quarterly News, volume 24, issue 1, NASA (2020)
[12] ESA/Debris fallen in Saudi Arabia
[13] Debris landed in Te
[14] wiki/Laser broom
[15] Georg Wilhelm Friedrich Hegel, The Philosophy of History, trans. J. Sibree, vol. 10, Introduction, p. 6 (1899).
本文轉載自台大科教中心CASE報科學網站，原文請點我。
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