SpaceX想把100万颗AI卫星送上太空 这对地球气候意味着什么？

专家警告称，如果未来十年内，数十万颗在轨数据中心卫星组成的星座真的被大规模部署，火箭发射及卫星再入过程中释放到地球高层大气的危险污染物浓度，很可能会逼近一个极其危险的临界点。

SpaceX计划中的一颗“星智”（Starmind）人工智能卫星在轨渲染图。图源：SpaceX

毫无疑问，地球正面临一个日益严峻的AI数据中心难题。根据美国电力研究协会（EPRI）的预测，到2030年，AI数据中心的用电量，可能将占到美国全社会总用电量的17%。为了满足不断攀升的电力需求，新的化石燃料发电厂正在加紧建设，而不少原本计划退役的老旧电厂，也因此被迫继续超期服役。除此之外，数据中心为给计算设备降温，还要从本就水资源紧张的水库中，抽取大量宝贵的水资源。

SpaceX、亚马逊和蓝色起源（Blue Origin）等公司，都声称自己已经找到了解决方案，把这些高耗能的数据处理基础设施，直接搬到太空中去，那里太阳能唾手可得，产生的热量也能轻松散逸到冰冷的真空环境中。据统计，这几家公司已联合向美国联邦通信委员会（FCC）提交申请，计划在未来10年内，发射超过100万颗在轨数据中心卫星。而如果一切按计划进行，其中绝大多数都将归属于SpaceX旗下，埃隆·马斯克（Elon Musk）此前就曾表示，SpaceX希望独立运营一个由100万颗卫星组成的AI星座。

这样的计划，让不少大气科学家们头疼不已。如果这些项目全部落地，未来卫星的发射数量和再入大气层的数量，将比目前的水平暴增100倍。

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原本洁净的高层大气

“火箭发射和卫星再入，可以说是人类目前唯一会直接向高层大气中释放物质的活动，”不列颠哥伦比亚大学天文学教授、空间可持续发展研究者亚伦·博利（Aaron Boley）向Space.com表示，“而高层大气特殊的物质混合方式，也意味着发射和再入过程所产生的排放，其实际影响要远远大于人们的直觉认知。”

大多数火箭在发射过程中，都会排放黑碳，而黑碳很可能进一步加剧全球变暖。卫星本体大多以铝材为主要构造材料，一旦在富氧环境中燃烧殆尽，很可能会转化为氧化铝。而氧化铝，恰恰是一种已知能够诱发臭氧层损耗的物质，这一危险的化学过程，正是1987年《蒙特利尔议定书》成功遏制的对象。

目前，科学家们对污染物与高空大气气体之间具体发生的化学反应，尚未形成精确的科学认知；对于可能导致气候影响从轻微演变为严重的“临界点”，同样知之甚少。更为棘手的是，相比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，滞留时间要长得多。

“在靠近地面的地方，雨水和风力，能在几周之内就把污染物从大气中清除掉，”伦敦大学学院大气化学教授埃洛伊丝·马雷（Eloise Marais）向Space.com表示，“但如果把污染物直接排放到大气层更高的位置，我们就只能依靠速度极其缓慢的自然大气过程，才能让这些污染物重新沉降下来。”

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发射次数，太多了

科学家们认为，火箭排放的黑碳，在大气中可能会滞留长达三年之久，这也意味着，未来一段时间内，其浓度很可能面临危险的攀升风险。

SpaceX的“星舰”（Starship）超级重型火箭，未来很可能会在部署数据中心星座的过程中，扮演关键角色。与SpaceX目前的主力运载火箭“猎鹰9号”（Falcon 9，其燃料为一种航空煤油）不同，“星舰”燃烧的是更为清洁的甲烷与液氧组合燃料。但马雷提醒道，考虑到“星舰”本身体型庞大，加之部署庞大星座所需的发射频率将大幅提升，最终排放到高层大气中的污染物总量，实际上很可能不减反增。

“‘星舰’是一枚更大的火箭，燃烧的推进剂也更多，”马雷说，“所以从单次发射的角度来看，两者之间的差异几乎可以相互抵消。就单次发射而言，‘星舰’产生的黑碳量，很可能与现有火箭相差无几。”

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，大约会产生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量。

据估算，要完成SpaceX计划中那个百万级数据中心星座的部署，可能需要多达77,000次“星舰”发射，平均每年约15,300次。这将为大气层增添极其可观的火箭污染总量。作为对比，据Space News统计，2025年全球轨道火箭发射总次数，也不过区区324次。

太空垃圾，正化作一场“金属雨”

除了火箭发射之外，卫星再入大气层烧毁所产生的有毒灰烬，同样令人担忧。据欧洲航天局统计，目前，地球轨道上运行的在役及报废卫星，总数已接近1.9万颗。就目前而言，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计划中的轨道数据中心卫星，体型很可能要庞大得多，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，和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，替换掉现有的AI卫星。这也意味着，未来每年可能都会有数十吨、甚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。

卫星所使用的材料，本身并不属于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，具有相当程度的不可预测性。

“就在十年前，卫星再入问题其实还算不上什么令人担忧的事情，因为当时每年自然坠入大气层的陨石数量，要远远多于人造卫星，”威尔逊说，“但如果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’——电子设备和各类金属，将以原本不该出现的方式，持续不断地进入地球大气层。”

他还补充道，这种局面，与目前仍在持续恶化、丝毫没有放缓迹象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，而我们却还在不断提出越来越多、越来越多的新计划，”威尔逊说，“而在我看来，人类对环境的考量，实在少得可怜。”

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科学界的呼吁：先弄清楚，再发射

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清楚，”她说。

博利对此表示认同：

“我们必须彻底弄清楚这个问题，而且必须在真正发射上百万颗卫星之前就把它弄清楚。绝不能是先把卫星发射上去，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了强烈抗议，天文学家们担心，这些庞大星座所带来的光污染，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：如果目前所有已规划的卫星星座项目全部建成，那么，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。