天宫一号“回家”为何充满悬念？

不久前，中国首架太空目标飞行器天宫一号在完成一个又一个的科学任务后，最终坠入了南太平洋中部地区，被称为“宇宙飞船墓地”。在此之前，国内外许多空间科学家已经多次预测了天宫一号坠落的时间和地点，但大多数都与实际结果相差甚远。那么，是什么力量导致天宫一号下降直至最终坠落？

我们知道地球被我们赖以生存的大气层所包围。从低到高，依次为对流层、平流层、臭氧层、中间层和热层。由于重力和扩散，大气密度随着高度的增加而迅速下降。我们通常所说的低轨道航天器通常在离地面100-1000公里的高度范围内运行，这被称为热大气层区域。研究表明，离地面200公里高度的大气密度相当于地面的1/100亿，而在400公里高度的大气密度只有地面的1/1000亿。

不要低估这些无关紧要的热气氛。由于低轨航天器的运动速度一般在每秒7公里以上，加上长期积累，大气密度引起的阻力效应是低轨航天器轨道高度逐渐降低的秘密。一般来说，离地面400公里的航天器轨道高度每天衰减大约几百米，200公里以下的轨道高度每天可以减少5公里以上。因此，热大气层的大气密度对低轨道航天器的轨道预测、姿态控制、空间对接、寿命设计和再入具有重要影响。

当然，热层的大气密度不是恒定的。像地面天气一样，它随着季节、地点和其他因素而变化，并且还受到太阳辐射和地磁扰动的显著影响。例如，当太阳活动活跃时，与太阳平静期相比，增强的紫外波段辐射能量可使热大气层的大气密度增加几十倍，这可导致航天器轨道高度在400公里处从几百米到几公里的每日衰减。当地球磁场受到扰动时，大量能量将注入热层区域，大气密度在1-2小时内可增加一倍以上，从而大大影响低轨航天器的精确定轨和轨道预测。例如，从2000年7月10日至15日，太阳爆发引起的地磁扰动导致国际空间站的高度在短时间内下降了15公里，最终不得不主动改变轨道，使其保持在预定的轨道高度。

正是因为热层本身的大气密度具有复杂的时空变化，并且受到太阳和地磁活动的强烈影响，所以很难准确预测。大量研究表明，现有的热层大气密度预测误差一般在15%以上，并且这一预测误差将随着时间的推移而不断增大。这也解释了为什么许多飞船的“回家之旅”充满悬念。