2022/12/1 10:21:17 阅读：173 发布者：
本文转自：“科研圈”微信公众号
地球大气中二氧化碳含量的上升，可能会加重我们清理日益杂乱的轨道空间垃圾的工作。
原作 MICHELLE STARR
新研究显示，温室气体在很大程度上导致了地球上层大气的萎缩。这是一种已经存在了几十年的假说；如今，它第一次被真正观测到。
在被观察到的收缩中，有些是正常且能够反弹的；但科学家们称二氧化碳带来的影响可能是永久性的。
这意味着，由于大气阻力的减少，近地轨道上的报废卫星和其他一些旧设备可能会在原地停留更长时间，使该区域变得混乱，并给新卫星和空间观测带来问题。
美国航空航天局（NASA）兰利研究中心（Langley Research Center）的地球空间科学家 Martin Mlynczak 解释说:“一个好结果是卫星将会在空中停留更长时间，因为人们希望他们的卫星待在天上。但碎片也会停留更长时间，这可能会增加卫星和其他有价值的太空物体调整路径的可能性，用以防止碰撞发生。”
通常，对地球大气层的描述会将各层设定在特定的高度。但实际上，我们地球周围的气体体积并不是静态的。它会在各种影响下膨胀和收缩，其中影响最大的可能是太阳。
如今，太阳也不是静止的。它的活动强度经历了从高到低，然后再如此循环的周期，每个周期大约为 11 年。自开始计算以来，我们现在处于第 25 个这样的周期，它始于 2019 年 12 月。在上一个周期，也就是第 24 个周期中，太阳活动即使在高峰期也异常地克制，这使得 Mlynczak 和他的同事能够监测到大气层的收缩。
他们将注意力集中在统称为中间层-低热层（ mesosphere and lower thermosphere , MLT）的两层大气上：中间层，从大约 60 千米的高度开始；低热层，从大约 90 千米的高度开始。
地球大气层的分层，中间层和热层处于中间偏上的位置。
来源：NASA
NASA 的 TIMED 卫星（一个收集上层大气数据的观测台）的数据为他们提供了 MLT 在 2002 年至 2021 年期间近 20 年的压力和温度信息。
在一些较低的大气层中，二氧化碳在向各个方向吸收和重新发射红外辐射，有效地捕获其中的一部分，从而产生变暖效应。
然而，在薄得多的 MLT 中，二氧化碳发出的一些红外辐射逃逸到太空中，有效地带走了热量，冷却了高层大气。因此二氧化碳浓度越高，大气温度反而越低。
我们已经知道这种冷却会导致平流层收缩。现在我们发现它对高处的中间层和热层也产生了同样的效果。利用 TIMED 的数据，Mlynczak 和他的团队发现 MLT 收缩了约 1333 米。其中约 342 米是二氧化碳引起的辐射冷却的结果。
Mlynczak 说:“（很多人）对我们是否能观察到大气的冷却和收缩效应很感兴趣。我们最终在这篇论文中展示了这些观测结果。我们是第一个在全球范围内证明存在这种大气收缩的团队。”
考虑到热层可以延伸几百公里，342 米似乎并不多。然而，英国南极调查局（British Antarctic Survey）的物理学家 Ingrid Cnossen 于 2022 年 9 月份发表的一篇论文显示，到 2070 年，热层的冷却可能会导致大气阻力减少 33%。
大气阻力有助于卫星和火箭在任务结束后脱离轨道。而根据 Cnossen 发现，到 2070 年，这种阻力的减少将会使废弃太空垃圾的在轨寿命延长 30%。
随着越来越多的卫星被发射到近地轨道，这将成为一个日益严重的问题，目前还找不到真正的缓解措施——无论是在减少卫星数量方面，还是在减少二氧化碳的排放量上。
这项研究已经发表在《地球物理学研究杂志：大气》（Journal of Geophysical Research: Atmospheres）上。
原文链接：
https://www.sciencealert.com/unabated-carbon-is-shrinking-earths-upper-atmosphere-scientists-warn
论文信息
【标题】Cooling and Contraction of the Mesosphere and Lower Thermosphere From 2002 to 2021
【作者】Martin G. Mlynczak, Linda A. Hunt, Rolando R. Garcia, V. Lynn Harvey, Benjamin T. Marshall, Jia Yue, Christopher J. Mertens, James M. Russell III
【期刊】Journal of Geophysical Research: Atmospheres
【日期】18 October 2022
【DOI】 https://doi.org/10.1029/2022JD036767
【摘要】We examine the thermal structure of the mesosphere and lower thermosphere (MLT) using observations from 2002 through 2021 from the SABER instrument on the NASA TIMED satellite. These observations show that the MLT has significantly cooled and contracted between the years 2002 and 2019 (the year of the most recent solar minimum) due to a combination of a decline in the intensity of the 11-year solar cycle and increasing carbon dioxide (CO2.) During this time the thickness of atmosphere between the 1 and 10−4 hPa pressure surfaces (approximately 48 and 105 km) has contracted by 1,333 m, of which 342 m is attributed to increasing CO2. All other pressure surfaces in the MLT have similarly contracted. We further postulate that the MLT in the two most recent solar minima (2008–2009 and 2019–2020) was very likely the coldest and thinnest since the beginning of the Industrial Age. The sensitivity of the MLT to a doubling of CO2 is shown to be −7.5 K based on observed trends in temperature and growth rates of CO2. Colder temperatures observed at 10−4 hPa in 2019 than in the prior solar minimum in 2009 may be due to a decrease of 5% in solar irradiance in the Schumann-Runge band spectral region (175–200 nm).
【链接】
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022JD036767
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