在地球和太阳之间设置一个巨大的遮阳板能否帮助减缓气候变化?

这个概念涉及一个小行星配重,并且实现起来将极其昂贵。
A NASA image of the sun with a bright solar flare in the upper left.
2012年,美国宇航局的日震动力学天文台捕捉到的太阳耀斑在太阳边缘闪耀。NASA/GSFC/SDO

应对气候变化的一些最奇异的解决方案是各种形式的地球工程。这些提案旨在通过减少到达地球表面的太阳辐射量来减缓全球变暖——例如,通过向大气中注入大量的二氧化硫或尘埃来模仿大型火山爆发的降温效果。或者建造弹射器将月球尘埃发射到地球轨道上,并在我们星球附近的太空中拦截太阳光线。 

但夏威夷大学宇宙学家István Szapudi有一个更遥远的构想:在地球和太阳之间放置一个37.2万英里宽、系在捕获的小行星上的遮阳伞,以将到达我们星球的太阳辐射量减少1.7%。他的分析对遮阳伞的形状持中立态度,尽管他设想它可以是一个由三角形组成的圆形遮阳伞,像花瓣一样打开或关闭,以允许不同量的阳光穿过。 

“它不会投下锐利的阴影,”Szapudi说。“也许用望远镜你可以注意到太阳前面有什么东西。但除此之外,人们只会注意到天气稍微好一点。”

他坦承,这个概念在初步工程研究方面就需要数百万美元的投资,以确定它是否真的可行。“当然,实际做到这一点是不现实的,所以希望我们能慢慢放弃化石燃料,”Szapudi说,并引用了一个更主流的控制气候变化根源的目标。“但这将是一个非常长期的过程。”

An illustration of a triangle-shaped sun shade.
系在小行星上的遮阳伞的概念图。Istvan Szapudi/Institute for Astronomy

与此同时,他建议,也许世界可以考虑其他替代方案,以帮助缓解今天地球大气中碳排放已经造成的_气候变化_。 

Szapudi的提议,如在7月31日《美国国家科学院院刊》上发表的一篇论文中所述,将把这个巨大的遮阳伞放置在日-地拉格朗日点1,或L1。这是距离地球向太阳方向约93.2万英里的太空区域,两者的引力相互抵消,使得绕L1运行的航天器能够以最小的机动与太阳和地球保持相对恒定的位置。詹姆斯·韦伯太空望远镜利用L2处相同的现象,L2是L1点的对应点,位于距离地球向外太阳系方向93.2万英里处。 

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Szapudi并非第一个提出在L1处放置遮阳伞的人,但以前的提案都遇到了问题。即,一个大的遮阳伞也将像太阳帆一样,捕捉到太阳辐射,这将把结构从L1推离。以前的提案通过使遮阳伞极其巨大来解决这个问题,其质量在3.5亿吨左右,可能是金属或小行星物质——即使是对于这样一个已经非常遥远的提案来说,也是一个完全不切实际的质量。

Szapudi反而建议通过长达190万英里的系绳将其连接到一个小行星配重上。由于太阳的引力离L1越远、离恒星越近就越强,太阳引力对小行星的拉力将抵消遮阳伞上的辐射压力,使其能够保持在原位。 

在这种配置下,Szapudi估计遮阳伞本身的重量可能只有3.5万吨。“这是SpaceX可以用它目前的火箭送入太空的东西,”他说,尽管这将需要大量的时间和精力。Szapudi建议,如果遮阳伞是用石墨烯之类的材料制成的,重量还会更轻,石墨烯是一种极轻且坚固的材料,由排列成六边形晶格图案的原子厚的碳原子片组成。 

Szapudi说,天文学家必须通过夏威夷大学的全景巡天望远镜和快速响应系统(Pan-STARRS)等方式,确定一颗合适近地小行星作为配重。但一旦他们做到了,就可以将遮阳伞系在小行星现有的轨道上,并将其用作太阳帆,将太空岩石引向L1点。 

Szapudi强调,从工程角度来看,整个想法都非常具有投机性,依赖于尚未开发的技术,例如足够坚固和轻便的材料来作为系绳。 

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然而,根据罗格斯大学气候学家Alan Robock的说法,尚不清楚这种地球工程是否真的能帮助减缓气候变化的影响,或者在不引入其他不可预测的负面后果的情况下做到这一点。Robock领导着罗格斯地球工程模型比对项目,该项目使用气候变化模型来预测地球工程干预的影响。 

“如果你开始做了,然后说‘好吧,我们发现世界上90%的人会因此受益,但10%的人会更糟’,那怎么办?”Robock说。“但由于气候系统的随机性,我们不知道是哪10%。”

他补充说,有些影响是众所周知的、可能的,而且是不好的。 

“例如,非洲和亚洲会出现干旱,因为夏季季风是由陆地和海洋之间的夏季温差驱动的,”Robock说。“如果你阻挡阳光,陆地会比海洋冷却得更多。这样温差就会减小。夏季季风降水就会减少。 

如果遮阳伞出了什么问题,突然停止阻挡阳光,地球变暖的速度将比人类经历过的任何速度都要快。 

“这被称为‘终止问题’,”Robock说,这是所有地球工程提案都面临的问题。 

然后还有一个非常人性化的问题,那就是如何在一个本质上是全物种项目上进行合作:建造和调整遮阳伞。人类如何就应该阻挡多少阳光达成一致,或者用Robock的话说,世界如何就设定行星恒温器的位置达成一致?“加拿大和俄罗斯这样的国家会乐于让气候稍微变暖,”他说。“事实上,我们计算过它们的农业会得到改善,但热带国家会希望气候变冷,因为海平面在上升,它们已经快要被淹没了。”

Robock最终认为,地球工程项目可能会分散人们对减少当前排放的注意力。Robock说——Szapudi也同意——应对气候变化的最佳方法是将化石燃料留在地下。 

但是Szapudi将他的提议视为一个帮助缓解已发生排放的长期影响的项目。它可以作为一份保险单,帮助消除已经根植于气候中的全球变暖最严重的影响——但这只有在我们现在开始这样一个长期的研究项目时才有效。 

然而,作为一份保险单,它的保费将非常昂贵。“如果技术能像我希望的那样发展,也许这是一个万亿美元的项目,”Szapudi说。“你需要至少一支工程师队伍,可能需要数千万美元,才能对这个概念进行足够详细的探索。”

 

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