脑洞最大气候变化解决方案:为地球装个遮阳网

文章来源:凤凰网科技 作者: 日期:2018/5/28 0:00

据《福布斯》北京时间5月28日报道,全球气候变化是当今人类面临的最紧迫的长期问题之一。对于全球气候变化及其原因,科学家已经给出了清楚的解释:地球正在变暖,人为引起的能吸收大量热量的温室气体排放是地球温度升高的原因。

随着时间推移,这些温室气体的浓度只会继续上升,而不会下降。虽然许多组织和有识之士呼吁要减少温室气体排放、捕获碳,并淘汰化石燃料,但几乎没有什么成效。

地球在继续变暖,海平面在继续上升,全球气候在继续变化。我们可以采用不同思路,阻挡来自太阳的部分光线吗?

给地球装个遮阳网可能是最大胆也是最明智的全球气候变化解决方案之一

这就是托尼·德拉多尔切(Tony DeLa Dolce)的问题,他问道:“为什么我们不考虑在太空设立一道遮阳网,来减少地球接收到的光线(能量)的量。经历过日全食的人都知道,太阳光暗下来后,温度也会随之降低。因此,在地球和太阳之间设立一道遮阳网也许是个好主意。”

在解决全球气候变化方面,这可能是最大胆,也是最明智的解决方案之一。

图:美国航空航天局制作的大气层能量平衡图

众所周知的是,大气层中温室气体浓度的增加推动了全球变暖,从而推动地球气候和天气模式在多个方面都发生了变化。

通常情况下,大多数(而非全部)这些变化被认为对于大多数人来说是不利的,因此,应对全球气候变化是一场全球化的运动。

如果最受认可的使地球大气气体浓度恢复到工业革命之前水平的解决方案不被采纳,人类的唯一选项将是适应这些变化,或者对地球进行改造。

图:SPICE项目将研究一项所谓地球改造方案的可行性

对地球进行改造并非没有风险。大多数这类解决方案都涉及改变地球表面或大气层,可能会带来不可预测的未知后果。

但是,在对地球进行改造的方案中,风险最小的可能是托尼提出的方案:在远离地球的太空,设立一道遮阳网,遮挡部分太阳光。

由于太阳辐射照度减少,即使大气中温室气体浓度继续上升,温度也可以得到控制。根据计算,如果要抵消自工业革命以来全部全球变暖的影响,我们必须遮挡住2%的太阳光。

图:日食现象

但是,至少在理论上,这一方案实施难度要小于人们的想象。在太阳和地球之间,存在一个引力保持稳定的点——L1拉格朗日点,距离地球约150万公里。地球围绕太阳旋转,位于L1点的物体将永远在地球和太阳之间。

图:地球和太阳之间的拉格朗日点

在这样远的距离上,即使是地球大小的物体也不会在地球上投下阴影,因为它的阴影锥在到达地球前就消失了。但是,一个遮阳伞,或一系列较小的遮阳伞,将有效阻挡足够多光线,以减少到达地球的阳光量。

为了达到抵消全球变暖效果的目的,即为了将地球接收到的太阳辐射减少2%,我们需要在L1拉格朗日点覆盖450万平方千米的区域——这相当于月球表面积的一半。

但与月球不同的是,我们可以根据需要将它分割成许多较小的部分。

根据亚利桑那大学天文学家罗格尔·安吉尔(Rogel Angel)设计的方案,人类需要向L1拉格朗日点发射大量小型飞船,部署大约16万亿个小型结构(每个结构直径约为30厘米)而非一个重型结构,可以阻挡我们所要求的太阳光。

它不会在地球上造成阴影,但会均匀地减少照射到地球表面的太阳光,与太阳表面存在的大量微型太阳黑子相似。

图:太空透镜原理图

詹姆士·厄尔利(James Early)早在1989年提出的另外一项方案,是在太空中部署一个超大的透镜,将照射到地球的大量阳光漫射到太空中,透镜厚度只需数毫米即可。

在L1拉格朗日点,透镜(或透镜系列)必须覆盖100万平方公里区域,才能把到达地球的太阳能量减少约2%。

大体上,这听起来像是一个简单的方案,对于解决全球变暖问题来说是一个低风险、高回报的解决方案。

但它存在两个问题。

图:重型猎鹰火箭首次发射

1)发射成本。

目前,人类的航天技术足以将任何物体发送到L1拉格朗日点,人类已经多次向L1拉格朗日点发射航天器:绝大多数太阳观察卫星都位于这一点。

但是,即使对于一系列非常薄、非常轻的航天器,发射成本也是个天文数字。根据安吉尔的方案,每块薄膜厚度只有5000分之一英寸,重量不超过1克,“遮阳伞”总重量也高达2000万吨。

即使是重型猎鹰火箭等新一代航天发射技术,能够将成本降低至每磅不足1000美元(只相当于当前发射成本的十分之一),要把“遮阳伞”发射到L1拉格朗日点,也需要数千亿美元。

这还没有考虑到第二个问题。

图:美国航空航天局1970年代设想的太阳能发电卫星

2)轨道稳定性。

L1拉格朗日点仅仅是准稳定的,这意味着我们发射到那里的所有航天器都需要借助火箭发动机进行维护,以维持当前的轨道,否则它将最终产生漂移,不再能阻挡阳光到达地球。

令人遗憾的是,漂移的速度太快了,在数年到数十年之间。

这意味着,为了阻挡阳光,我们需要每年在维护性发射方面花费数百亿美元——与美国航空航天局的全年预算相当,这还是考虑到发射成本比现在低10倍的情况下。

图:就像阴影能降低温度一样,阻挡地球接收阳光的太空装置也能给地球降温

阻挡阳光到达地球的一大优势是,避免了地球工程解决方案对地球的长期负面影响。

其他思路,例如大规模改造大气层、低地球轨道上的卫星群,或将能形成云的材料或反射颗粒注入天空或海洋等,都会产生危险、不可预测的潜在后果。

但目前,成本和长期不稳定的大问题是实施这种解决方案的最大障碍。

图:自1700年代以来,大气层中二氧化碳浓度上升是惊人的

在此期间,地球继续变暖,二氧化碳水平继续上升,而且没有有效的策略来扭转这一进程。

像这样的“遮阳伞”,可能会成为我们最好的选择。虽然成本高昂,但从长远来看,它可能是我们愿意实施的最廉价方案。

随着时间的流逝,我们的后代将会处理我们今后几代人的行为或不作为的后果。

编辑:林肯
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