Inventory of global emissions by launchers for 2024
本文介绍了 IGEL 2024，这是一个全面的网格化全球数据集，量化了 2024 年 223 次任务产生的 131 千吨火箭发射排放量，并详细阐述了其化学组成和在各大气层中的垂直分布，以支持气候和大气化学建模。
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想象一下，我们头顶的天空就像一片巨大的、隐形的海洋。正如海洋拥有洋流、温度层和脆弱的生态系统一样，我们的大气层也是一个复杂的、充满生命力的系统，维持着地球的宜居性。长期以来，我们一直知道汽车、工厂和发电厂向这片海洋中排放污染物，改变了它的化学性质并使我们的星球变暖。但现在出现了一个新的、快速增长的污染源，且更难追踪：火箭。每当火箭发射时，它都会将巨大的排气羽流直接射向高空，穿透低层大气、中层大气，甚至进入接近太空的稀薄空气层。科学家们开始担心，这些高空排放可能会以我们尚未完全理解的方式干扰臭氧层（太阳的防晒霜）和气候。为了弄清这个问题，我们首先需要一张关于究竟释放了什么、在哪里释放以及释放了多少的高质量地图。
这就是一项新研究的意义所在，它扮演着2024年度“宇宙会计师”的角色。来自德国航空航天中心（DLR）和不伦瑞克一所大学的研究人员创建了一个名为“全球发射器排放清单”（IGEL）的2024年度模型。把它想象成一张关于2024年每一次火箭发射的高清、3D地图。研究人员并没有仅仅进行猜测，而是通过计算机重建了25种不同运载火箭的火箭本体、发动机和飞行路径，以模拟它们究竟燃烧了多少燃料以及尾部排出了什么。他们追踪了223次发射，涵盖了当年空间任务中所消耗燃料总量的95%以上。
研究小组发现，在2024年，火箭向天空排放了总计110千吨的“初级废气”（即直接从发动机中排出的物质）。在这些废气与空气混合并发生变化后，它变成了131千吨的“最终排放物”。这些污染中最主要的部分是二氧化碳（CO2）和水蒸气（H2O），它们占总量的近90%。然而，更危险的物质也存在于其中：大约有700吨黑碳（烟尘）、720吨氮氧化物和810吨氧化铝（来自固体火箭的一种白色粉末）。
这张地图之所以特别，是因为它不仅是在说“火箭会造成污染”，它还精确地展示了污染“落在了哪里”。大约40%的废气释放于对流层（我们居住以及天气发生作用的最低大气层），30%释放于平流层（拥有臭氧层的中层大气），剩下的30%则进入了更高的高度。该研究还强调，火箭的类型至关重要；例如，新型的、巨大的星舰（Starship）火箭，尽管当年仅进行了四次试飞，却贡献了当年消耗燃料的巨大份额。
研究人员承认，这是一个基于他们能找到的最佳数据的模拟结果，而非对每一缕烟雾的直接测量。由于我们没有漂浮在太空中的传感器来测量每一枚火箭的尾焰，他们必须利用数学和物理模型来推测废气随上升过程的变化。然而，他们根据真实的飞行数据核对了工作成果，发现他们的地图与现实非常吻合。通过提供这个详细的、开源的数据集，他们为气候科学家提供了一个强大的新工具。现在，科学家们不再需要猜测火箭如何影响大气，而是可以将这些具体且准确的数据代入他们的气候模型中，以观察这些高速喷射的废气究竟是如何改变我们的世界的化学性质的。这是理解我们迈向星辰之旅所付出的环境代价的关键第一步。
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