從地面「聽見」太空垃圾墜落，新方法讓地震數據變成太空殘骸追蹤網
目前監測太空垃圾墜落的方法主要為雷達和光學追蹤，但難以準確預測可能落在哪裡，現在約翰霍普金斯大學科學家找到一種新方法追蹤失控再入大氣層的太空垃圾──利用現有地震探測儀網路。
2024 年 4 月 2 日，一道火焰劃破大氣層撕裂南加州夜空，朝東北方向呼嘯而過，下方地面轟隆震動，這不是地震，而是重 1.5 噸的廢棄中國神舟十五號軌道艙以音速 25 倍墜落。
我們一直把低地軌道視為無限垃圾場，設想任何殘骸最終都會在下降過程徹底燃燒，但隨著天空佈滿小型低軌衛星，不只撞擊風險提高，墜落的碎片雨也變得越來越難預測，事實上，每天都有超過 3 次老舊衛星與廢棄太空零件重返地球大氣層事件。
現在，約翰霍普金斯大學、倫敦帝國學院研究人員找到一種發現太空垃圾重返大氣層的新穎方法──使用原本偵測地震的地震儀器，能比現有預測方法更準確追蹤碎片軌跡。
研究人員解釋，火箭殘骸、報廢衛星重返大氣層會以超音速穿過空氣，產生音爆與衝擊波，除了人耳短暫聽到，也會傳入地面被地震儀紀錄。
當前監測通常使用地面雷達追蹤直徑小至約 30 公分的太空碎片，但當碎片落入高層大氣，與大氣的相互作用會導致它們分裂、減速並以復雜方式改變方向，實際再入路徑可能偏離估算數百公里，比如神舟十五號軌道艙墜落路線比美國太空司令部預測的還要偏南約 30 公里。
取材 NASA 洞察號追蹤細微火星震靈感，約翰·霍普金斯大學地震學家 Benjamin Fernando 認為這些儀器也能追蹤下墜太空碎片產生的音爆，透過分析碎片引發的衝擊波訊號強度及抵達地震儀精確時間，研究人員能估計碎片高度與和軌跡，甚至可追蹤殘骸分解成幾塊小碎片。
為測試新方法是否可行，研究團隊分析南加州 127 個地震儀數據，重建神舟十五號軌道艙墜落路徑及速度，分析表明該模塊以 25～30 馬赫速度穿越大氣層，地震讀數強度也算出模塊高度並查明它如何破碎。
在神舟十五號軌道艙再入大氣層之前，追蹤撞擊預測它會濺落在北大西洋某處，但地震數據顯示實際再入路徑與預測相差約 8,600 公里。
這項新方法好處在於不需建造昂貴的新雷達天線以追蹤越來越多墜落太空垃圾，但該方法目前還無法展開即時警報。以神舟十五號分析為例，研究人員必須手動尋找地震噪聲數據的音爆特徵，且生成預測軌跡需幾天時間；此外，音爆在大氣傳播距離約 100 公里，所以探測精度取決於地震儀網路密度，城市地區覆蓋率相當密集，人口稀少地區則不然。
但研究人員相信，只要電腦學會篩選地震數據內屬於太空碎片下墜的「聲音」，很快就能達成機器自動化目標。
新論文發表在《科學》（Science）期刊。
Seismometer networks could track space junk as it falls to Earth
Earthquake Sensors Detect Sonic Booms From Incoming Space Junk
Scientists find unlikely new way to track space junk: sonic booms in the atmosphere
（首圖來源：AI 生成）