百万颗AI卫星入轨：对地球气候的潜在威胁

研究人员警示，若未来十年内大规模部署由数十万颗在轨数据中心卫星组成的网络，火箭发射与卫星再入过程中向地球高层大气释放的有害污染物浓度，极有可能逼近一个危险的临界阈值。

毫无疑问，地球正遭遇日益加剧的人工智能数据中心挑战。据美国电力研究协会（EPRI）估算，到2030年，AI数据中心的耗电量或将占据美国全社会总用电量的17%。为应对持续攀升的电力需求，新增的化石燃料发电站正加速建设，不少原定退役的老旧电厂也被迫继续延寿运行。此外，数据中心为冷却计算设备，还需从本就紧张的水资源水库中大量取水。

SpaceX、亚马逊以及蓝色起源（Blue Origin）等公司均宣称已找到破解之道——将这些高能耗的数据处理基础设施直接迁移至太空，在那里太阳能取之不尽，产生的热量也能轻易散逸到寒冷的真空中。据披露，这些公司已联合向美国联邦通信委员会（FCC）提交申请，谋划在未来10年内发射逾百万颗在轨数据中心卫星。若一切顺利，其中绝大部分将隶属于SpaceX，埃隆·马斯克（Elon Musk）此前就曾表态，SpaceX有意独立运营一个由100万颗卫星构成的AI星座。

如此构想令众多大气科学家深感忧虑。一旦这些项目全部付诸实施，未来卫星的发射与再入数量将激增至目前的百倍。

原本纯净的高层大气

“火箭发射与卫星再入，可以说是人类目前唯一会直接将物质倾入高层大气的活动，”不列颠哥伦比亚大学天文学教授、空间可持续发展专家亚伦·博利（Aaron Boley）向Space.com表示，“而高层大气独特的物质混合机制，使得发射和再入过程所产生的排放，其真实影响远超人们的直觉判断。”

多数火箭在发射过程中都会释放黑碳，而黑碳很可能进一步助推全球变暖。卫星主体多以铝材为核心构造材料，在富氧环境中完全燃烧后，极易转化为氧化铝。氧化铝恰好是一种已被证实能够引发臭氧层耗损的物质，这一危险化学反应，正是1987年《蒙特利尔议定书》成功遏制的目标。

目前，科学界对污染物与高空大气气体之间具体的化学反应机理，尚缺乏精确的理解；对于可能导致气候影响从轻微演变为灾难的“临界点”，同样认识不足。更为棘手的是，相较于汽车尾气和工厂烟囱等近地面污染源，高层大气中的污染物一旦沉积，滞留周期要漫长得多。

“在近地面区域，雨水和风力能在数周内将污染物从大气中清除，”伦敦大学学院大气化学教授埃洛伊丝·马雷（Eloise Marais）向Space.com解释道，“但若将污染物直接排放到大气层更高处，我们就只能依赖极其迟缓的自然大气过程，才能使这些污染物重新沉降。”

发射频次，超负荷

研究人员指出，火箭释放的黑碳在大气中可能滞留长达三年之久，这意味着未来一段时期内，其浓度很可能面临危险的攀升。

SpaceX的“星舰”（Starship）超级重型火箭，未来极有可能在数据中心星座的部署中发挥关键作用。与SpaceX当前的主力运载火箭“猎鹰9号”（Falcon 9，使用航空煤油燃料）不同，“星舰”燃烧的是更为洁净的甲烷与液氧组合推进剂。但马雷指出，鉴于“星舰”本身体量庞大，加之部署庞大星座所需的发射频次将急剧增加，最终排放到高层大气中的污染物总量，实际上很可能不降反升。

“‘星舰’是一枚规模更大的火箭，消耗的推进剂也更多，”马雷说道，“所以从单次发射的视角来看，两者之间的差异几乎相互抵消。就单次发射而言，‘星舰’产生的黑碳量，很可能与现有火箭不相上下。”

英国格拉斯哥卡利多尼亚大学（Glasgow Caledonia University）空间可持续发展研究员安德鲁·威尔逊（Andrew Wilson）透露，“星舰”每次发射大约产生7.6万公吨的二氧化碳当量排放，这一数字大致相当于17,727辆燃油乘用车一整年的排放总和。

据估算，要完成SpaceX计划中的百万级数据中心星座部署，可能需要多达77,000次“星舰”发射，平均每年约15,300次。这将为大气层平添极其可观的火箭污染总量。作为参照，据Space News统计，2025年全球轨道火箭发射总次数仅为324次。

太空垃圾，化作一场“金属雨”

除火箭发射之外，卫星再入大气层烧毁所产生的有毒灰烬同样令人忧虑。据欧洲航天局统计，当前地球轨道上运行的在役及报废卫星总数已逼近1.9万颗。就当前而言，地球轨道上数量最多的卫星型号是SpaceX的星链V2 Mini卫星，单颗重量约为1,760磅（约800千克）。但SpaceX规划中的轨道数据中心卫星，体积很可能要大得多，据现有估算，这些数据中心卫星配备的太阳能阵列宽度可达246英尺（约75米），单颗卫星重量甚至可能高达7.5公吨。

业内人士普遍预计，与现有通信卫星的更新换代方式类似，SpaceX及其他运营商很可能会计划每五年就用更新的技术替换现有AI卫星。这也意味着，未来每年可能有数十吨乃至数百吨的金属材料重新坠入地球大气层，其总量甚至可能超过每年自然坠落地球的陨石总量。

卫星所采用的材料本身并非地球大气层中天然存在的物质，这也意味着，这类卫星再入事件所带来的后果具有相当程度的不确定性。

“就在十年前，卫星再入问题还不算令人忧虑，因为彼时每年自然坠入大气层的陨石数量远远超过人造卫星，”威尔逊说道，“但若太空中同时存在数十万乃至数百万颗卫星，我们实际上就是在制造一场持续不断的‘人造材料雨’——电子设备与各类金属将以本不该出现的方式持续不断地进入地球大气层。”

他还补充道，这种局面与当前仍在持续恶化、丝毫未见放缓的气候变化问题颇为相似，毕竟人类至今仍未能有效削减碳排放。

“这是人类历史上太空中物体数量最多的一个时期，而我们却还在不断抛出越来越多、越来越多的新规划，”威尔逊感慨道，“而在我看来，人类对环境的考量，实在少得可怜。”

科学界的倡议：先厘清，再升空

马雷补充道，目前投入到相关研究领域、用以厘清这些未知问题的科研经费，远远不够。

“我们需要多得多的观测数据，也需要多得多的时间，才能真正把这个问题研究透彻，”她说道。

博利对此表示赞同：

“我们必须彻底厘清这个问题，而且必须在真正发射上百万颗卫星之前就把它弄清楚。绝不能先把卫星发射上去，然后再坐等观察会发生什么。”

这些卫星公司的部署计划同样在天文学界引发强烈抗议，天文学家担忧，这些庞大星座带来的光污染将严重影响天文观测工作。欧洲南方天文台（ESO）近期的一项研究得出结论：若目前所有已规划的卫星星座项目全部建成，未来人类从地面开展天文观测研究，恐怕将彻底成为一件不可能的事情。