不經不覺，近兩年的炒作後，天宮一號終於接近生命的「盡頭」，現在它的高度已接近200KM，幾乎肯定半個月之內會重返大氣層。不久以前，小弟寫了一篇針對坊間天宮一號謬誤的航天科技文，當中已提到普遍媒體如何誇大天宮一號的破壞性，不過小弟人微言輕，絕大部分港人應該不知道了。最近香港科技大學的學生組織「科大行動」又把事情拿來講，更將事件形容為「宇宙級災難」。
政治宣傳品滿滿的嘲諷風，可說是司空見慣之事，但作為一間理工科為主研究型大學的學生，這宣傳品似乎顯示他們不但對「定義」沒有什麼意識，也無視一些重要的科普知識及科學概念(不知是故意還是無知所使然)。小弟實在不吐不快，故特撰一文，想再釐清當中問題。
質量與劑量？
關於撞擊及聯氨問題，小弟在前文中已經述及並再三強調，影響取決於質量與劑量。
(天宮一號與和平號太空站的對比，圖片來自維基百科)
事有湊巧，今天(3月23日)剛好是俄國的和平號太空站重返大氣層17周年。和平號太空站是2000年前在軌最大的人工建築，也是到目前為止重返大氣層的人造物體中體積及重量最大的，達128-140噸，就拿和平號做例吧。
2000年俄國決定把和平號太空站除役後，發射了一個特製的進步型飛船：進步1-5型上去。飛船比普通型多250%的燃料，作為和平號減速脫軌的動力，這時和平號的質量大約130噸。天宮一號的質量只相當於和平號太空站的6.5%，只比平日用於補給的的進步型飛船大點( 10.4米*3.33米 VS 7.23米*2.72米 )、重一點點(8.5噸 VS 7.2噸)，論平均密度，天宮一號可能比進步號飛船還要小。
(和平號再入的模擬動畫，來自維基百科)
當年俄方認為太空站過份巨大，大型組件很多，可能還有20至30噸碎片降到地面去，不過這些碎片的擴散範圍達1500*100公里，而且絕大部分都跌到海裏去找不著。
相對於和平號，和天官1號同樣是失控墜落的第二大人造在軌物體天空實驗室(77噸)，可能因為是一個整體結構，而且密度較低，除了一個大氧氣樽、幾個筒形結構及艙門外，其他的都很「零碎」，例如一些留在太空站內的日常用品，以及未燒毀的……罐頭等。給收集到的碎片可能只有2至3噸左右。
相對於130噸及77噸質量的構件，一個只有8.5噸質量、而且內部更為簡單的太空艙(註1)，能燒剩多少(註2)？
關於聯氨問題，根據荷蘭一個衛星追蹤站的紀錄，天宮一號在2016年前單單軌度躍升就超過15次，每次由50至100公里不等。加上初次入軌時是以自身動力由180公里爬升上380公里高度，燃料消耗其實已相當厲害，究竟餘下多少燃料？
再者，聯氨怎樣毒都好，一樣有其許可劑量上限及毒理，以下是台灣國家環境毒物研究中心對於聯氨的化學及毒理闡釋(翻譯自美國毒性物質與疾病登錄署)。要留意的特徵是：聯氨十分容易因高熱而著火；聯氨容易蒸發到空氣中，並在幾分鐘或幾小時內被分解；在土壤中，聯胺可能會黏住土壤粒子，並在幾天內轉變成較無害的化合物。考慮到這些特性，以及再入大氣層的時間(可能長達15-20分鐘，視乎再入角度)、高熱及太空船瓦解，大部分聯氨很可能早就在大氣層中擴散蒸發了，少數附在殘骸上的也可能被蒸發掉，能落到地面的究竟還有多少？
當年太空穿梭機可是帶了1.2噸的聯氨(及2噸同樣具劇毒性的四氧化二氮)，用作變軌及姿勢制禦用，肯定比已變軌多次的天宮1號多很多啦。挑戰者號1986年發射時在半空爆炸，除駕駛艙外整架穿梭機都給扯成碎片，3.2噸劇毒燃料由20公里的高空掉回來，然而，有沒有人健康受損呢？
(火星任務中，麥迪文引燃殘餘的聯氨，利用聯氨中的氫原子和空氣中的氧原子結合，取得水份)
正如遊離輻射一樣，聯氨或類似的有毒物質，你不先談劑量，然後指稱那東西怎樣有害有毒，根本沒有意義。如果本圖的作者是理論或應用科學相關學系的學生，但對劑量問題採取視而不見的態度，我會覺得很詫異。或者再說一個和聯氨關係不大的例子：醫學用的正子掃瞄，其顯影液不但具β射線，而且放出的是反物質(正電子)，當遇到體內電子時會對消煙滅並產生γ射線，對人體好像很危險。然而何解正子掃瞄被容許應用並愈來愈普遍？原因除了效果好之外，不也是輻射劑量多少的問題？
BTW, 聯氨是常用到幾乎所有中型以上的衛星都會用上，全地球的衛星都成為地球威脅？如果危機真的那麼大，為何大部分天文專家及專業科學雜誌都眾口一致，指稱危機微乎其微？，部分甚至連「所謂」聯氨的危機都沒怎樣提及？
再入與墜毀？
說到重返大氣層，我留意到不但是學生們，連大部分中文媒體都把一個重要專有名詞誤解了：歐洲太空總署的原話是再入(Re-entry)，不是他們所指的「墜落(到地面)」。再入是指太空中的物體到達卡門線(即離地表100公里)以下的過程。卡門線在學術上是指太空與地球大氣層的分界線，地球大氣層中較濃密的中間層的高度上限，就在卡門線附近(大約85至100公里)。再入過程其實等如太空中的物體墜入大氣層燃燒的過程。然而，再入位置從來不會是太空物體的墜落點，因為物體依再入角度，要多數百甚至上千公里才能「撞」到地面上。所以，雖然碎片幾乎還會落在這區域內，如果天宮一號是在再入範圍的邊緣重返大氣層，其碎片在大氣劃破長空並擴散的範圍，有機會可遠至北緯或南緯45度甚至以上。
現時各國航天機構或民間航天智庫，都不約而同的把天宮1號的重返大氣層的範圍鎖定在北緯43度至南緯43度之間。這可不是什麼預測，因為……天宮一的軌道本來就和赤道呈42.7度夾角，故它在軌時不可能飛越至超過緯度43度以上地區的上空。
最新的預測顯示，天宮一號重返大氣層的日子大約是4月3日 ±3日。影響太空物件墜落地球的速度甚至地點，除要看物體的阻力外，很大程度上要看大氣層熱層的厚度，而影響熱層的最重要因素在於宇宙氣像。
地球的大氣層並非恒定，除日夜季節週期影響地球大氣層的能量吸收，太陽活躍程度也會影響高空大氣粒子的活躍度，如果太陽非常活躍，會導致熱層的大氣粒子升得更高，對200公里以上軌道運行的太空物件構成進一步的阻力，並令他們軌道進一步衰退，加速接近地面。比較特別的是，太陽近年半以來的活動比較平靜，只發生過大約2次大型及6次較小型的太陽風暴/地球磁暴，故對熱層大氣密度的影響相對較低，天宮一號的軌道衰退亦較預期緩慢。然而，由於變數仍然很多(例如姿勢稍稍改變，都可影響阻力及墜落速度)，就算是落下前兩三日，都難以確定真正的再入點在哪。
宇宙級災難？
科大行動(甚至部分傳媒)形容天宮一號重返大氣層是「宇宙級災難」。然而，他們對於「宇宙級災難」是怎樣定義的？或者只是隨口噏？
若果宇宙級災難是指聯氨，抱歉，似乎不用多談了；如果是指碎片墜地，這種太空艙大都只有少數碎片以自由落體速度著地，最多只可能撞爛建築物而已，紀錄中只有一個人被太空碎片打中受傷，算什麼宇宙級災難？事實上，今天不是高達中的宇宙世紀，絕大部分在軌人工物體質量有限，墜下來(或人為丟下來)也很難構成廣泛破壞。就算是傳說中的超兵器「上帝之杖」，其實際撞擊動能也只相當於同重的TNT炸葯而已。
(通古斯卡大爆炸，效果應該和百萬噸級氫彈空爆相近。片段為50年代英國位於澳洲北部的氫彈空爆試驗)
如果真正要做到「宇宙級災難」，或者由天外而來而令地表受重大破壞，或人類受重大傷亡的嚴重災難，恐怕是小行星級別的非人工物體丟與地球形成撞擊軌道了。直徑小於70公尺的小行星衝進地球，很大機會會因大氣層的巨大阻力及內部熱失控而於半空爆炸，只會有不多於1%的碎片墜地。不過，這種東西的動能加上熱失控，爆炸力可達1500萬噸TNT的當量(即與氫彈CASTLE BRAVO相當)，就算在高空爆炸，氣浪還能掃到地面，構成重大破壞：著名的通古斯卡爆炸，原初小行星大約只有50公尺直徑及1000萬噸質量，爆炸當量大約580萬噸TNT，雖然撞不到地表，但最新研究顯示其爆炸高度大約只有8公里，汽浪及衝擊波就像空爆百萬噸級氫彈一樣，對地表造成極大破壞，並摧毀相當於2000平方公里的林木。
(照片來自網絡)
部分討論者更貼上UC世代高達動畫的情節來形容天宮一號墜落，不過，我們也許可以「認真地」討論動畫中這些災難的情節：物理學家奧尼爾博士構思的島三型宇宙島(即是高達中常見的殖民衛星)，質量大約16億噸，爆炸力(假設墜地速度為8KM/秒，下同)大約12000百萬噸TNT；《馬沙之反擊》(註2)中丟下地球，並把宇宙世紀中的西藏拉薩炸平的月神5號，照設定大約1-1.5公里左右，質量大約13億噸，也能造成大約9000百萬噸TNT的爆炸。要知道製造出「超級火山冬天」，差點把人類滅絕的多巴火山爆發，都只有1200百萬噸TNT的爆炸力，這些大質量東西的下墜，所炸起的灰塵足夠造成相當長期的全球氣溫急降(註3)。
至於同樣在《馬沙之反擊》中奇跡地「飛走」的阿古哲斯，設定中沒有提及大小，但有日本網友由居住區設施尺寸設定及一般M型小行星的平均密度，推斷亞古哲斯闊大約5.2公里，質量大約2451億噸，撞擊動能是1.91 * 106百萬噸TNT……要知道第三紀滅絕事件中，那顆小行星的爆炸能量也只是1×108 百萬噸TNT，大約是其50倍而已。這些撞擊足可造成大海嘯、地表燃燒、長達多年的撞擊冬天、擊穿地殼(甚至為附近地區與撞擊的對蹠點引發劇烈的火山活動)、以至大規模的生物滅絕，這才好意思叫宇宙級災難吧。
小結
一般傳媒的從業員欠缺科普知識或科學訓練，且礙於報刊的政治立場，對於中國的科學新聞仍會採取和處理政治新聞相約的手法。這是報刊風格所使然，旁人難以干涉。然而，作為科大學生，且也沒受「老頂」的壓力，在科學素養上應該比較優良才是，在討論科學問題時，在下認為他們至少應具備科學精神，實事求是，實說實話，這種精神甚至是必須超脫政治見解及立場的。我只希望科大行動的成員們仍記得自己是個大學生，而自己組織的名字上包含了哪間大學的名稱。
P.S. 以下是計算小行星墜地能量的網址，當然，這是簡單計算而已。
http://www.1728.org/energy.htm?b9=3
http://keith.aa.washington.edu/craterdata/scaling/index.htm
註1：大部分維生設備、物資及實驗裝置其實是設在對接太空船的軌道艙，事實上天宮一號除推進部分外，更像個生活艙。
註2：部分媒體估計所有碎片加起來大約2000磅(900公斤)，然而大部分都是以小碎片的形式散佈在再入軌道上。
註3：有趣的是，今個月同樣是《馬沙之反擊》上映30周年紀念，看來今個月和「下墜」這個主題十分契合……
註4：認真的說，馬沙要實行「地球寒冷化」計劃，把月神五號丟到地球就很足夠了，丟亞古哲斯完全是overkill。
https://www.litenews.hk/?p=48021
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