20世紀60年代的瘋狂：美國向太空發射了4.8億根銅針
上世紀60年代以前，人們想要建立遠距離的通訊，只有兩個辦法：要麼通過海底的電纜傳輸，要麼通過電離層反彈無線電信號。
然而，這兩種通訊手段都有許多缺點，海底電纜很可能因為各種原因被截斷，而電離層的通訊對於自由電子的密度和無線電波的波長都有很高的要求，只有特定的波長遇到特定的電子密度後才能在地面和電離層間來回反彈，從而達到遠距離傳播的效果。
但是，電離層的電子密度取決於它吸收的太陽和宇宙中其它輻射源的輻射劑量，如果是夜間少了太陽的輻射，基本就無法建立通訊了，或者十分不穩定。
對於二戰剛剛結束沒多久的世界來說，各國的局勢都不明朗，特別是美國和蘇聯當時處在緊張的冷戰中，這種不穩定的通訊技術明顯不夠用。
所以，當時的科學家絞盡腦汁，希望建立全新的通訊系統，其中就包括美國科學家向太空發射了超過4.8億根銅針。
圖註：當時銅針的紀念郵票
那麼，這些銅針為什麼能夠幫助建立通訊呢？現在這些銅針怎麼樣了呢？
西福特計劃：銅針的作用
美國向太空發射銅針的項目被稱作「西福特計劃」，是1958年由麻省理工學院林肯實驗室的科學家沃爾特·E·莫羅(Walter E. Morrow)所提出。
目的就是用數億根細微的銅針在地球上空建立一個環繞地球的「銅針環」，這個環可以永久性地反射無線電信號，而不受限於太陽和其它干擾，完美地代替原有的電離層方案。
1961年10月21日，他們開始了第一次測試，超過一億根銅針被發射，但不幸的是，由於針銅在軌道上沒有按計劃分散開來，所以這次測試失敗了。
1963年5月9日，吸取教訓之後，美國進行了第二次嘗試，一批3.5億根銅針再次被送入軌道。
銅針的分配器，圖源：GeneralNotabilit
這次他們將這些銅針緊密地擠在由萘凝膠製成的裝置中，整包針頭僅20公斤重，然後跟隨衛星一起發送到地球軌道，萘凝膠會在太空中迅速蒸發，並釋放銅針。
按照原計劃，3.5億根銅針會在2個月的時間內逐漸在地球軌道上釋放，然後形成一個環繞地球的環（如果成功的話地球會和土星一樣擁有一個光環）。
最終，這個光環的寬度會達到15公里，厚30公里，在3700公里的高度沿着穿過南極和北極的軌道環繞地球運行。
西福特計劃的銅針長1.8厘米，直徑0.0018厘米，重量僅為 40 微克，這個正好是8000 MHz微波波長的一半。
當這個波長的微波撞擊銅針時，會產生強烈的反射，實際上這時候的銅針就是充當微小的偶極天線，每個天線都在各個方向重複它們接收到的完全相同的信號。
5月14日，也就是發射的5天後，科學家首次嘗試使用西福特銅針進行遠程通信。
這時候，偶極天線（銅針）還沒有完全散開以填滿它們的整個軌道環，所以它們彼此的間距還比較密集。
當天，西福特計劃的工程師在加利福尼亞州和馬薩諸塞州同時使用18.5米的微波碟形天線發送語音傳輸，數據的傳輸速率大約是每秒 20000 比特——和1992年電話調製解調器的速度差不多。
然而，讓工程師感到意外的是，隨着銅針的分散，數據傳輸速率顯着下降，到了6月18日，每秒只能傳輸 400 比特了。
這個時候的銅針還沒有完全填滿它的環，它還在繼續擴散，到了7月2日，傳輸速率已經沒法建立通訊了，所以項目終止。
事實上，這個項目在現在看來是很難成功的，因為銅針被做得非常微小，它會因為各種原因而彼此遠離並失去功能。
但那時候的人就是這麼敢想和敢做，而且還嘗試了兩次。
銅針污染地球軌道
西福特計劃前後兩次總共向地球軌道發送了超過4.8億枚銅針，不知道你聽到這樣的事情第一時間會想到什麼，反正我想到的是難以處理的天空垃圾。
雖然，西福特計劃在技術上取得過成功——至少有過短暫的成功，但其實從這個項目從被提出來那一刻起，它就受到了社會各界的強烈反對。
當然，那時候人類剛剛發送了人造衛星，太空中的人造產物屈指可數，還沒有太空垃圾的概念，當時的天文學家主要擔心的是這些密集的銅針會影響到天文觀測。
不過，那時候的美國並沒有因為別人的強烈反對而放棄這個註定失敗的項目，原因也很簡單，代表人類未來的太空探索對他們來說明顯可有可無，而當下來自別的國家可能的威脅，他們認為才是最需要解決的。
美國聲稱那些銅針經過了精心設計，可以在發射後的幾年內返回地球，同時那些銅針很小且距離也很遠不會影響到天文觀測，以此為由不顧任何反對的聲音發射了銅針。
事實上，只要稍微理智一點的人都應該知道，一個功能齊全、足以進行可靠通信的「銅針環」，它的密度會小嗎？會讓它幾年時間就返回地球嗎？
所以，感謝這個項目失敗了，不然地球軌道上會布滿銅針。
不過，好在這些只是進行測試的銅針確實在1970年左右，大批量重新進入地球大氣層，由於它們太小了，在重新進入時基本毫髮無損，慢慢地飄落到地球表面。
現在這個項目已經很少有人關注了，唯一能查到的數據是，截至 2020 年 3 月，已知仍有 36根針在軌道上運行。
這些還在軌道上的已知銅針都會被標記，在它即將影響到航天器時就會被處理，避免造成損失。
然而，沒人知道還有多少銅針未被觀察到，這些太空垃圾雖然微小，但對於太空事業來說，它們的威脅一點也不小。
最後
據信，70年代有研究表明，大部分銅針落到了北極高地，大約達到每平方公里有五根銅針左右。
當時的美國試圖找到這些銅針，因為這樣可以幫助他們了解太空環境，而他們還試圖恢復項目。
然而，要在數十億噸北極冰雪中找到這種微小的銅針，無異於大海撈針，也就不得不放棄了。
其實，到了70年代這樣的項目已經完全沒有必要了，因為幾乎和這個項目同一時期，通訊衛星出現了。
或許，「銅針環」會比通訊衛星更加抗打吧！
