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太空垃圾目录——月球计划指南
月球任务的新太空垃圾目录
月球任务的新太空垃圾目录
未来几年计划有超过100次的登月计划——包括即将到来的阿尔忒弥斯计划（Artemis mession），美国航天局希望未来十年内将人类重新送到月球。因此，科学家们正在创建一个新的太空垃圾目录。它将帮助我们追踪地球和月球之间的人造碎片，以免其成为问题。图源NASA/The Conversation。
一直延伸到月球的太空垃圾
数十年来，科学家和政府机构一直担心于环绕在地球周围的人造太空垃圾。但人类对太空的雄心不仅仅限于地球周围的空间。20世纪60年代以来，随着阿波罗计划的启动以及美苏之间的太空竞赛，人类也一直在月球周围留下垃圾。
如今，专家估计，在地球和月球之间以及月球轨道上有几十件人类制造的太空垃圾。其中包括火箭体、失效的卫星和各项任务遗留的残骸，它们在地月空间中运行。（地月空间是地球和月球之间的空间）。而这只是体积小的垃圾。但是天文学家对这些碎片的位置知之甚少，更不用说它们是什么以及它们是如何到达那里的。
为月球计划太空垃圾目录
我（Vishnu Reddy）是一名行星科学家，同时还负责亚利桑那大学的空间安全、安保和可持续性中心（Space4）。随着太空计划的重点转向月球，未来的每一次任务都会在新月空间留下更多垃圾。这是一个新问题，未来可能会给宇航员和航天器带来危险。
我的同事罗伯托·弗法罗和我希望能够帮助控制该问题，我们正在利用望远镜和现有的月球任务数据库来寻找、确定并跟踪月球空间碎片。我们将建立世界上第一个月球空间物体的目录。
自20世纪60年代以来，像阿波罗计划这样的任务一直在将机器人和人送往月球。他们一直在留下一些垃圾。图源NASA。
忽略后的潜在危险
历史上，美国宇航局和美国军方没有密切跟踪来自数十次载人和机器人登月任务的空间碎片。也没有一个国际机构对月球进行监测。这种缺乏监督的情况，造成了科学家们对绝大多数月球空间碎片的位置和轨道知之甚少，而且这些碎片并不会简单地消失，在近乎真空的太空中，任何留在绕月轨道或近月空间的东西都可能在那里停留至少几十年。
月球任务面临的风险
对有关围绕月球运行的人造物体信息的缺乏，给月球任务带来了许多风险。
首先是碰撞的风险。人类正处于新一轮月球探索的起点。在未来的10年里，六个国家和几家商业公司有超过100次的任务计划。每一次任务，与现有碎片碰撞的风险就会增加。同样，随着任务的进行，留下垃圾碎片的总量也会增加。
太空垃圾坠落到月球表面也是一个现实风险。因为月球没有厚实的大气层，无法烧毁掉落的太空垃圾。2022年3月，我们观测到一个废旧的中国火箭助推器撞击到月球的另一边，我们通过使用我们建造的望远镜来跟踪新月空间中的物体，最终确定该物体来自中国。由于美国和中国都计划在未来几年内建立月球基地，坠落的碎片可能对月球上人类生活和基础设施的造成真实威胁。
难以追踪
如果想避免月球成为一个宇宙垃圾场，就需要追踪月球上的太空垃圾。但是，即使天气好的情况下，这样做也是具有挑战性的，主要原因有两个：距离和光线。
地月空间距离地球约266万英里（4280万公里），这远远超过了美政府目前追踪太空中物体的距离。但是空间并不是二维的，恒星空间的三维体积是巨大的。相比之下，在这其中的所有物体都很微小。
光带来了另一个挑战。就像月亮本身一样，一个物体在星系空间的亮度取决于该物体反射多少阳光。在新月期间，月球碎片在夜空中显得昏暗和低矮，使其难以被发现。在满月期间，同样的物体在天空中很高。由于更多的阳光照射到它们，它们会更亮，但它们与满月周围的亮光融为一体。在满月期间发现物体就像在明亮的探照灯下寻找萤火虫的微弱光芒。在月球的强光中，有一个“伊丽莎白圈”，因难以追踪其中的物体而得名。
亚利桑那大学的一个学生和教授团队建造了一个望远镜来追踪月球附近的物体。图源维斯努-雷迪 (Vishnu Reddy)/亚利桑那大学/会话（The Conversation）/ CC BY-ND。
策划空间垃圾目录
由于高难度以及资源的匮乏，没有一个团体或组织在对月球附近的物体进行追踪。在2020年，弗法罗和我接受了挑战——对地月空间的人造碎片进行发现、追踪和记录。
首先，我们将来自各种望远镜和数据库的历史观测数据相互匹配，以识别和确认已记录的物体。发现并没有用于追踪地月空间中物体的专业望远镜后，我和亚利桑那大学的学生决定开始建造。2020年底，我们建造完成了一个直径为24英寸（0.6米）的望远镜，它位于图森附近的生物圈2号天文台。
我们追踪的第一个物体是嫦娥五号，中国的第一次月球采样返回任务。这枚大型火箭于2020年11月23日发射，向月球飞去。尽管有强大的月球眩光，我和我的学生们还是能够追踪嫦娥五号到离月球12,354英里（19,881公里）的距离。那是深入到伊丽莎白圈的地方。有了这次成功，我们开始跟踪新发射的地月空间的导弹、火箭等的有效载荷，将它们添加到新建立的目录中，以便我们能够计算和预测轨迹，防止遗失。
为了确定新旧空间碎片的特征，一旦我们弄清了一个物体的位置，我们就会使用地球上的光学和近红外望远镜来捕捉该物体的光谱特征——在物体表面反射的特定波长的光，这样，我们就可以了解物体的材质，并对其进行识别。这就是我们识别2022年坠入月球的神秘火箭助推器的依据。此外，我们还可以测量物体反射光线随时间的变化，以确定该物体的旋转速度，这同样可以帮助识别。
地月空间垃圾目录将不断更新
在过去的两年里，我们在寻找和识别星系空间的物体方面不断进步。起初，我们兴奋于能识别出校车大小的嫦娥五号航天器。现在，我们已经能够追踪麦片盒大小的立方体卫星，如美国国家航空航天局的月球手电筒。
迄今为止，我的团队已经识别到几十块在近月空间的碎片。同时我们也不断地将其添加到目录中，未来的大部分工作包括继续观察并将物体与已知的太空项目相匹配，以确认有哪些物体以及它们来自哪里。
虽然仍有很长的路要走，经过不懈的努力，目前目录雏形已经形成，在未来，这有助于在人类向地球以外的地方探索时，更安全、更可持续地利用地月轨道空间。
维什努-雷迪Vishnu Reddy，亚利桑那大学行星科学教授
本文以创作共用协议的形式从The Conversation转载。阅读原文。
一句话： 随着更多登月任务的进行，科学家们正在创建一个空间垃圾目录，以追踪地球和月球之间的碎片。
BY:EarthSky Voicesand
FY:柒夏
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