SpaceX 兩次火箭爆炸竟把電離層炸出大洞

2023 年 11 月 18 日，對於 商業航天公司 SpaceX 來說不是美好的一天。在測試其 不鏽鋼外殼的星際飛船（旨在成爲該公司前往火星的運載工具）時，航天器在升空四分鐘後在德克薩斯州博卡奇卡的上空爆炸。

在一個金屬容器中裝滿一千多噸推進劑並將其發射到外太空總是 存在相應的風險（包括爆炸），但這一特殊事件——發生在地球表面上方約 93 英里處——讓科學家能夠密切研究人類航天飛行中一個鮮爲人知的方面：火箭對地球極其重要的電離層造成了什麼損害？

在距離地表約 50 至 400 英里的地球大氣層邊緣與外太空交界處，電離層是一片由帶電粒子組成的海洋，對全球無線電和 GPS 技術至關重要，同時也保護我們免受有害的太陽射線的傷害。因其在現代社會的日常運行中發揮着重要作用，科學家們急於瞭解電離層的擾動如何影響地球上的生命，這便是來自俄羅斯和法國的研究所及大學的研究團隊對有史以來所建造的最高且最強大的火箭爆炸進行分析的原因。研究結果發表在《地球物理研究快報》雜誌上。

雖然這對於 SpaceX 來說是個壞消息，但令人奇怪的是，這次爆炸提供了一個難得的研究機會來研究電離層的某些方面，在正常情況下，這些方面太過微弱以至於無法探測到。

“像星際飛船爆炸這類災難性現象之所以有趣，正是因爲在較弱的事件裡，你能夠看到設備檢測不出的影響，”科學家向塔斯社表示，塔斯社是一家由俄羅斯國家資助的新聞機構。“通過分析數據並瞭解其性質，我們對電離層的結構[以及]其中發生的現象的性質有了更深入的瞭解。”

電離層經常受到外部自然現象的影響。火山爆發、地磁風暴和太陽耀斑經常衝擊電離層，併產生一種被稱爲北極光和南極光的絢麗色彩景象，它們通常在靠近地球兩極的地方傳播（儘管並非總是如此）。然而，有明確的記載顯示，人造火箭也會在這個帶電的保護層上撕開洞。2023 年 7 月，Spaceweather.com 報道稱，SpaceX 獵鷹 9 號火箭發射後，出現了持續 20 分鐘的“流血”般的極光，一枚搭載美國太空部隊衛星的火箭同樣在電離層上打了一個洞，不過它也很快就恢復了。

這兩起事件均由電離層與火箭燃料的相互作用引起，但 11 月的事故是一次大規模的爆炸。這項新的研究證實，電離層經歷了“大幅度的總電子含量減少”，這很可能因獵鷹重型火箭的燃料尾氣衝擊而加劇，該火箭在與星際飛船分離後不到一分鐘的較低高度也發生了爆炸。研究團隊從 2500 個地面站收集這些數據，發現這個洞主要從墨西哥的尤卡坦半島延伸至美國東南部，不過這個洞的確切大小尚不清楚。

好在對我們而言，這些大氣空洞遠不像 20 世紀 90 年代令世界震驚的臭氧層空洞（到本世紀中葉會慢慢自愈）那麼嚴重，因爲科學家報告說，這種由“災難性現象”引起的星際飛船造成的離子空洞在 30 或 40 分鐘後就閉合起來了。但這類相互作用仍未被充分理解，考慮到電離層對全球技術——更不用說人類健康——的重要性，這是令人擔憂的。

因此，以一種奇特的方式，對 SpaceX 來說糟糕的一天，對世界各地的大氣科學家來說卻是美好的一天，因爲這將極大地促進科學界對電離層的理解，於我們而言也是。