本文是《PopularScience.com》关于能源未来的特别系列报道的一部分。
维珍银河自豪地宣称，其“太空船2号”（SpaceShip2）将把乘客送入亚轨道太空，每位乘客排放的二氧化碳将少于纽约飞往伦敦的典型航班乘客。但一些科学家认为，二氧化碳排放量与衡量新兴太空旅游业的温室气体足迹无关。他们说，随着太空旅行规模的扩大，真正的威胁来自一种叫做黑碳的物质——这是一种颗粒物，当它被抛入平流层后，会积聚多年，吸收太阳的可见光。根据一项研究，火箭排放到平流层中的黑碳所吸收的能量，将是这些火箭排放的二氧化碳所吸收能量的10万倍。
“有一个简单的问题：你不想把黑碳排放到平流层。就这么简单，”科罗拉多大学博尔德分校大气和海洋科学教授Darin Toohey说。而行业内部人士则有不同说法。究竟谁对谁错？
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任何曾经在柴油卡车后怠速行驶或坐在木炉旁的人都会熟悉黑碳：它就是让烟灰变黑的物质。它是由化石燃料、生物燃料和生物质不完全燃烧形成的，直接排放到大气中，吸收的能量比二氧化碳高出约一百万倍。根据一项研究，它是仅次于二氧化碳的地球气候变化的第二大贡献者。黑碳之所以没有对环境造成更大的破坏，是因为它在大气低层停留的时间很短——降水会在几周内将飞机和其他来源排放的黑碳冲走。
但在平流层则不然，平流层从地面上方5英里开始，一直延伸到约31英里。火箭需要穿过平流层才能到达通常被认为是太空起点、即海平面以上62英里的地方。它们也是12英里以上唯一的人类直接制造的化合物来源。由于平流层中没有雨水或其他大气因素来冲刷黑碳，黑碳会在那里停留5到10年或更长时间。此外，每单位燃料，火箭产生的黑碳量是标准飞机产生的1000多倍。
因此，在2010年，Toohey和Aerospace Corporation的发射排放分析与研究中心负责人Martin Ross，以及美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research）的Michael Mills，对一个假设的每年1000次飞行的行业所产生的黑碳效应进行了估算。他们测量了黑碳的“辐射强迫”——这是一个衡量地球及其大气从特定人为或自然现象中吸收的额外能量的指标。火箭排放到平流层中的黑碳产生的辐射强迫，是火箭排放的二氧化碳所产生辐射强迫的10万倍。（相比之下，喷气式飞机排放到大气中仅几周的黑碳所产生的辐射强迫，不到其二氧化碳所产生辐射强迫的十分之一）。
平流层中这些额外的热量将如何影响气候尚不清楚，但肯定会引起一些气候变化——包括变暖和变冷。计算机模型显示出一种复杂的模式：在发射地点的纬度会形成一个环状的黑碳云，导致该地区降温，并在其他地方引起相应的升温。极地地区根据季节的不同，升温或降温幅度可达5度。加热还导致臭氧在整个平流层中辐射，导致某些地方臭氧水平降低，而另一些地方则增加。这项研究的目的不是说平流层变暖是灾难性的，而是说每年1000次发射将对气候产生重大影响——而且该行业应该研究并解释其影响。毕竟，通过故意向大气中注入颗粒物来人为改变气候的提议已经引起了国际社会的强烈反对。Ross说，在没有意图、也没有完全理解其影响的情况下，不断发展的太空旅游业将起到一个气候工程实验的作用。“在某种程度上，火箭排放到平流层中的颗粒物开始有点像地球工程，”Ross说。
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太空旅游的介入点就在这里：目前全球每年太空发射次数约为70次，但随着私营公司争相将太空旅游打造成常规的探险旅行，这一数字可能会急剧上升。航空航天研究公司Futron预测，到2021年，太空旅游市场将拥有13,000名潜在客户，年收入可能约为6.5亿美元。如果这项业务成功，商业太空旅行在未来十年内的发射次数很可能会达到每年1000次——XCOR一家公司就计划将其“西南航空”模式推向每天四次发射。这将创造1000个将黑碳直接射入平流层的机会。在地球表面或飞机飞行的对流层中燃烧产生的黑碳量通常较低，因为氧气供应相对充足。一旦进入低压、氧气含量较低的平流层，黑碳的排放量占燃烧产物的比例可高达5%。
负责评估环境影响和决定是否授予太空发射许可证的联邦航空管理局（FAA）表示，平流层中黑碳的影响尚不清楚。FAA商业太空运输助理局长George Nield在电子邮件中写道：“虽然黑碳已知是一种短期气候强迫因素，但关于火箭黑碳潜在气候变化影响的研究仍处于非常早期的阶段，任何影响预测都是推测性的。”
太空旅游业一直淡化黑碳的潜在危害。维珍银河公司拒绝了多次置评的请求。XCOR Aerospace公司首席运营官Andrew Nelson表示，该公司目前正在销售95,000美元的亚轨道飞行门票，其Lynx亚轨道航天器使用的XR-5K18火箭发动机的煤油和液氧混合燃料所排放的“芳香族”碳氢化合物，将远少于传统的煤油基火箭燃料。他还表示，XR-5K18的燃烧会比航天飞机使用的固体火箭助推器或燃烧固体和液体推进剂的“混合”火箭发动机更清洁。
Nelson说：“XCOR对我们环境的影响微乎其微。我们的燃料几乎完全不含颗粒物。[相比]传统的火箭燃料，它含有的芳香族化合物少20-40倍，相比混合动力或固体燃料，颗粒物含量则减少了数百倍，甚至数千倍。所以，关于碳或其他颗粒物的担忧对我们来说是无关紧要的。”
Toohey仍然希望看到对XCOR和其他发动机与平流层实际相互作用的同行评审研究。“我还没有看到任何发表的论文证实（或反驳）任何燃料在上层大气燃烧时实现无颗粒物排放的说法，”Toohey说。“因此，我认为有必要进行研究，以标定所有类型火箭的排放量，以便能够评估它们的影响。”
