【导语】

一项最新研究显示，太阳活动增强会显著加快低地球轨道太空垃圾的高度衰减速度，进而改变科研和工程团队对卫星在轨寿命及碰撞风险的预测方式。研究认为，当太阳活动在一个太阳周期中达到其峰值约67%时，这一加速效应开始明显出现。

太空垃圾威胁持续上升

低地球轨道（LEO）高度约在400至2000公里之间，是成像、监视卫星以及星链等互联网“超级星座”的主要部署区域。但这一轨道同时也聚集了大量废弃卫星、废弃火箭级以及碰撞产生的碎片，对在轨航天器和载人航天构成持续威胁。

研究指出，这些碎片一旦发生碰撞，可能引发连锁破坏效应，增加后续任务的风险。由于利用机器人实施主动清除的任务仍处于早期阶段，当前科研工作主要集中在更精确地追踪碎片轨迹，以识别未来优先移除的高风险目标。

太阳活动与轨道衰减的关联

论文第一作者、维克拉姆·萨拉巴伊空间中心研究员 Ayisha Ashruf 博士表示，团队发现，当太阳活动增强时，地球周围太空垃圾的高度下降速度“明显加快”。

研究团队首次提出，一旦太阳活动超过某一水平，太空垃圾的高度损失速率会显著上升。Ashruf 博士称，这一发现预计将成为未来规划可持续太空运营的重要参考。

太阳活动具有约11年的周期性，活跃期与安静期交替，与太阳黑子数量变化密切相关。太阳活动增强时，太阳发射的紫外线辐射及带电粒子（包括氦核和重离子）强度随之变化。

当太阳向外辐射和粒子流达到峰值附近（例如近期的2024年）时，太阳辐射会加热并向上膨胀进入地球热层。热层大致位于100至1000公里之间，温度约为500至2500摄氏度。热层膨胀会提高轨道物体周围的大气密度（约在350至36000公里范围内），从而增加大气阻力，使其运行速度减慢并更快下落。

利用历史碎片追踪长期效应

在这项研究中，Ashruf 博士及其同事选取了17个低地球轨道太空碎片，追踪其自20世纪60年代以来跨越第22至第24个太阳周期、长达36年的轨迹变化。这些物体在约600至800公里高度绕地球运行，每90至120分钟完成一圈，尚未进入大气层完全烧蚀。

与具备主动轨道维持能力的在轨卫星不同，这些太空垃圾不会执行轨道修正机动，其轨道衰减速度主要由热层密度的变化决定。研究团队指出，这一特性使太空碎片成为研究太阳活动对大气阻力长期影响的“极佳工具”。

研究人员将这些轨迹数据与德国地球科学研究中心的长期观测记录进行比对，后者包括太阳黑子数量以及太阳无线电和极紫外（EUV）辐射的日变化数据。

分析结果显示，当太阳黑子数量超过其最大值的三分之二时，太空垃圾会跨过一个“过渡边界”——一旦超过这一阈值，其高度衰减速度显著加快。

Ashruf 博士指出，这一阈值似乎并非对应某一固定的太阳辐射强度，而是与太阳接近其峰值活动的程度相关。在这一阶段，太阳产生更强烈的极紫外辐射，可能由接近峰值时增强的太阳过程所驱动。

对卫星运营规划的潜在影响

研究团队表示，这些结果有望为卫星轨道设计和运营规划提供参考，帮助相关团队在评估与太空垃圾的潜在碰撞风险时更充分考虑太阳活动因素。

Ashruf 博士称，研究结果表明，当太阳活动超过特定水平时，卫星与太空垃圾一样会经历更快的高度下降，从而需要更频繁的轨道修正。这将直接影响卫星在轨时间和燃料消耗，尤其是那些在太阳活动峰值附近发射的任务。

她还提到，本次分析所依据的许多物体发射于20世纪60年代，“它们仍在为科学研究提供数据，作为研究太阳活动对热层长期影响的宝贵工具”。

论文发表信息

相关研究论文已发表于《天文学与空间科学前沿》（Frontiers in Astronomy and Space Sciences）期刊，题为《太阳周期对低地球轨道太空垃圾长期轨道衰减影响的表征》（Characterization of the long-term impact of solar cycles on orbital decay of space debris in low Earth orbit），作者为 Ayisha M. Ashruf 等，出版年份为2026年，卷号为13，DOI 为 10.3389/fspas.2026.1797886。