天宫一号即将归来，它会在何时坠落？地点将会在哪里？

编译：艾麦乐

编辑：Steed

这个月底，或者下个月初，天宫一号将重返地球大气层，像一颗火流星一样燃烧殆尽，至少大部分会如此。

最大的问题是，它会在什么时间，坠落在什么地点。可惜，对此我们无法作出准确的预测。最可能的日期是4月1日，但确切时间还不好说——正因为如此，我们无法推测它掉回大气层的具体地点。

同样，我们也不清楚会有多少东西掉落到地表，不过好消息是，天宫一号的绝大部分会在空中燃尽。而且，它不太可能在陆地上空再入大气层，更不用说掉落在人口稠密的区域了。

确实有些人在过分担心这件事情，需要澄清的是，作为个人来说，被来自天宫一号的碎片击中的可能性极小，远低于被雷霹中的几率。所以，不如去担心一些其他的事情，比如在浴缸里滑倒之类的。

天宫一号的模拟图。图片来源：中国国家航天局

天宫一号使命完成

天宫一号是中国的首个空间站试验飞行器，于2011年发射升空，进入距离地面超过350公里的低地球轨道。它长约10米，由服务舱和实验舱构成：服务舱装有太阳能板提供电源，并配有发动机用来维持天宫一号的轨道高度；实验舱则配有对接接口，可以让舱天员在其中短期驻留。

天宫一号迎来过3次访客，第一次是无人的神舟八号飞船，然后是载人的神舟九号和十号飞船，都与天宫一号进行过多次对接试验。这些试验给未来中国更大的空间站的建造和运行积累了宝贵的经验。

虽然已经算是太空，但在低地球轨道上，仍然是有空气存在的，只不过极其稀薄。然而，航天器环绕地球的轨道速度将近8千米/秒，就算是再稀薄的空气，也会产生阻力。这会让航天器损失能量，降低轨道高度，必须要定期点火加速才行。天宫一号的服务舱携带了足够的燃料，可以用来点火并抬升轨道。

2016年3月，中国国家航天局宣布，天宫一号在完成各项在轨试验后，其历史任务已经完成，并终止了数据连接。从那时起，天宫一号就再没有进行过轨道维持。如今，它的轨道最低处距离地面只有大约235公里，最高处也只有大约250公里。

《人民日报》对于天宫一号完成任务即将回家的报道。图片来源：中国航天科技集团网站

难以预测

天宫一号掉得越低，遇到的空气就越稠密，速度就会掉得更快。具体速度取决于大量难以建模的变量，比如地球大气层不同高度的空气密度（这会受到太阳活动的影响而发生变化），天宫一号迎风面的形状等等。

正因为如此，对于它最终坠落的预测只能估计一个大概。在2017年底，人们预测它最快可能会在3月初重返大气层，不过目前的预测逐渐移到了4月初。不过，目前预测的坠落时间，跨度仍然长达10天。想要缩小时间窗口，唯一的办法就是等着看天宫一号接下来的轨道会如何变化。

天宫一号可能坠落在北纬43度到南纬43度之间的任意地点。图片来源：ESA

天宫一号的轨道与地球的赤道有一个大约43度的倾角，因此理论上来说，它有可能在北纬43度到南纬43度之间的任何地方坠入地球大气层。这基本上已经涵盖大半个地球了！不过，这片区域大都被水覆盖（包括太平洋、大西洋和印度洋），而且绝大多数陆地也都人迹罕至。

确实，这片区域也有许多人口稠密的地区，不过别忘了，相对于巨大的地球来说，这些地区其实都很小很小。天文学家Jonathan McDowell通过计算指出，对于这片区域里的任意地点，天宫一号坠落在那里的几率都极低。在这片区域的最北端和最南端，几率会稍高一些，因为天宫一号在 高纬度地区上空飞行的时间要更久一些。但就算如此，这一几率也仍然极低。

所有这些不确定性，导致我们不知道天宫一号会坠落在哪里。不要忘记，它的运动速度很快。预测坠落的时间差上一分钟，就意味着坠落的地点会偏离大约500公里！而我们现在甚至不知道它会在哪一天重返大气层，所以现在来猜它会掉落在哪里，实在是为时过早。

场面壮观

如果天宫一号坠入地球大气层，又会发生什么呢？

随着再入地球大气层，天宫一号的温度会升高。这主要是因为它高速闯进了大气层，快速压缩了运行前方的空气，而压缩空气温度就会升高。随着它降到一定的高度，这些热量会把天宫一号加热到开始发光的程度。气动压力也会撕扯天宫一号，最终它会瓦解甚至燃烧殆尽。

天宫一号上有大量易碎的部件，最终都会完全燃尽。奇怪的是，哪些东西会留存下来，却很难讲。非常致密而且高熔点的东西，往往会在再入大气层时留存下来。不过，一些非常轻的东西也会留存下来，因为大气阻力很快就减慢了它们的速度，让它们根本就没有机会燃烧起来。在以往的类似事例中，空燃料罐是最常见的“幸存者”。不过，天宫一号的燃料罐里应该还有剩余燃料没有用尽，这会让燃料罐变得更沉，也更有可能会在空中燃尽。

或许，剩余燃料还会导致燃料罐爆炸，这是一件好事，会产生更多表面积更大的较小碎片，让天宫一号更容易完全燃尽。总之，具体过程会相当复杂。

2014年，国际空间站上的宇航员拍到了天鹅座货运飞船再入地球大气层的场景。图片来源：NASA

无论如何，天宫一号坠落的场面都会非常壮观。每年都有大量卫星和航天器再入地球大气层，我们已经看到了越来越多这样的视频和照片，甚至还有在国际空间站上拍到的。它会像一颗缓慢移动的火流星，闪着耀眼的光芒，拖着一条长长的尾焰，尾焰里还有火花闪现，一些较小的亮点也会拖着各自的尾巴伴随在它左右，那是从它身上掉落下来的碎片。

在大多数情况下，大型航天器的坠落都是受控的，以便让没有燃尽的碎片落入太平洋，这是地球上最大的一片无人区。虽然我很想看到天宫一号再入大气层的视频，但我也同样希望天宫一号刚好坠落在广袤的太平洋上，哪怕完全没有人会看到它！这会把天宫一号坠落的风险降到最低，虽然这个风险本来就已经很低了。

编译来源： Bad Astronomy, WHEN HEAVEN AND EARTH COLLIDE: THE FALL OF TIANGONG-1

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