地震传感器为科学家提供了一种追踪太空垃圾坠回地球的新途径。

成千上万被废弃的人造物体仍环绕地球轨道运行，当这些太空垃圾碎片坠回地表时，会对人类构成切实威胁。为更精准地预判碎片可能坠落的方位，约翰斯·霍普金斯大学的一位科学家协助研发了一种新型追踪方法，该方法借助现有的地震监测仪器网络展开工作。

这项技术依赖于已广泛分布于地面的地震仪。与现有系统相比，该方法能够以近乎实时的速度，为当局提供比当前更为详尽的信息——这些信息有助于加速搜寻并回收那些可能已被烧毁、破碎或存在危险的残骸。

“再入大气层的现象愈发频繁。去年，我们每天都有多颗卫星进入大气层，但我们无法独立核实它们从何处进入、是否分裂成碎片、是否在大气层中燃烧殆尽，还是落到了地面，”主要作者本杰明·费尔南多（Benjamin Fernando）说道，他是一名博士后研究员，专注于研究地球、火星以及太阳系其他行星上的地震活动。“这一问题正日益凸显，且将持续恶化。”

研究结果于1月22日发表在《科学》杂志上。

利用地震传感器追踪坠落航天器

费尔南多与其伦敦帝国理工学院的同事、研究员康斯坦丁诺斯·查拉兰博斯，通过分析中国神舟十五号飞船的残骸，演示了这一方法。研究人员称，2024年4月2日，该飞船的轨道舱重返地球大气层。该物体宽约3.5英尺，重逾1.5吨，体积大到足以对地面人员构成潜在威胁。

当太空碎片进入大气层时，其速度超越声速，由此产生音爆，即冲击波，与战斗机飞行时产生的冲击波颇为相似。随着该物体向地球疾速坠落，这些冲击波会引发地面震动，进而触发沿途的地震仪。通过确定哪些传感器被触发以及触发时间，科学家能够追踪碎片的飞行轨迹，判断其行进方向，并估算其可能的着陆地点。

通过标定美国加州南部地震仪探测到音爆的区域，约翰斯·霍普金斯大学与伦敦帝国理工学院的研究人员得以追踪2024年4月2日神舟十五号轨道舱重返地球大气层后的飞行轨迹。图片来源：约翰斯·霍普金斯大学本杰明·费尔南多

重建速度、高度与解体过程

研究团队分析了南加州127台地震仪的数据，以计算该模块的速度和轨迹。该残骸以25至30马赫的速度撕裂大气层，以约为最快喷气式飞机速度十倍的速度，从圣巴巴拉和拉斯维加斯上空向东北方向飞去。

地震信号的强度还助力研究人员估算出该物体的飞行高度，并确定其解体位置。研究人员将这些信息与轨迹和速度数据相结合，得出结论：该返回舱的飞行轨迹较美国太空司令部基于重返大气层前轨道测量数据所预测的路径向北偏移了约25英里。

健康与环境问题

研究人员表示，残骸在坠落过程中燃烧时，会释放出有毒颗粒，这些颗粒会在大气中悬浮数小时之久。随后，风会将这些颗粒带至其他地区。精确掌握坠落残骸的轨迹，有助于相关机构追踪这些物质的扩散路径以及可能受影响的人群。

近乎实时的追踪还能让相关部门更快地找回坠落后残留的残骸。快速找回残骸尤为重要，因为某些物体可能含有有害物质。

费尔南多说道：“1996年，俄罗斯‘火星96’号航天器的残骸脱离轨道。人们原以为它已在大气层中焚毁，但其放射性电源却完好无损地坠入了海洋。当时，人们曾试图追踪它的下落，却始终未能确认其具体位置。”“近期，一组科学家在智利的一座冰川中发现了人工钚元素，他们认为这便是航天器电源在坠落过程中爆裂，进而污染该区域的证据。因此，配备更多的追踪工具对我们大有裨益，尤其是在那些残骸含有放射性物质的罕见情况下。”

改进基于雷达的预测

迄今为止，科学家主要依靠雷达来监测近地轨道上物体的衰变情况，并预测其重返大气层的位置。但在某些情况下，这些预测的误差可能高达数千英里。而地震数据则可作为宝贵补充，通过追踪物体进入大气层后的残骸轨迹，揭示其实际飞行路径。

费尔南多表示：“若你想伸出援手，那么迅速查明其坠落位置便至关重要——比如，要在100秒内而非100天内找到。”“我们务必研发出尽可能多的方法来追踪和描述太空碎片，这意义重大。”

参考文献：本杰明·费尔南多（Benjamin Fernando）与康斯坦丁诺斯·查拉兰博斯（Constantinos Charalambous）所著《利用地震数据追踪空间碎片的再入与解体动力学》，发表于2026年1月22日《科学》期刊。DOI：10.1126/science.adz4676