Fragen Sie Ethan: Können wir einen Sonnenschutz herstellen, um den Klimawandel zu bekämpfen?

Typischerweise werden Strukturen wie die hier gezeigte IKAROS als potenzielle Weltraumsegel betrachtet . Wenn Sie sie jedoch an der richtigen Stelle platzieren, kann ihre andere Anwendung einen Teil des Sonnenlichts blockieren, wodurch die Erde gekühlt wird.

Der globale Klimawandel ist heute eines der dringlichsten Probleme der Menschheit. Die Wissenschaft sagt sehr deutlich, was passiert: Die Erde erwärmt sich, die Ursache sind die Treibhausgase, die durch menschliche Aktivitäten freigesetzt werden, und die Konzentration dieser Gase wächst nur im Laufe der Zeit ohne Unterlass weiter. Obwohl es viele Forderungen gibt, Emissionen zu reduzieren, Kohlenstoff zu sammeln und fossile Brennstoffe abzulehnen, wurde wenig effizient getan. Die Erde erwärmt sich weiter, der Meeresspiegel steigt und das globale Klima verändert sich. Können wir einen anderen Ansatz wählen und das Licht der Sonne teilweise schließen? Eine solche Frage stellt unser Leser:

Warum ziehen wir nicht in Betracht, einen Sonnenschutz im Weltraum zu bauen, der die Menge an Licht (Energie) verändert, die auf die Erde kommt? Jeder, der eine totale Sonnenfinsternis erlebt hat, weiß, dass die Temperatur sinkt und das Licht gedimmt wird. Die Idee ist, ein ganzes Jahr lang etwas zwischen uns und der Sonne zu tun.

Dies ist eine der ehrgeizigsten, aber auch vernünftigsten Optionen, die wir im Kampf gegen den globalen Klimawandel in Betracht ziehen können.



Im Allgemeinen ist bekannt, dass eine Erhöhung der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre die Ursache für die globale Erwärmung ist, die wiederum das Klima und die Wetterbedingungen in vielerlei Hinsicht verändert. Die Folgen der meisten von ihnen werden für die meisten Menschen auf der Welt normalerweise als schlecht angesehen, und daher gibt es eine globale Bewegung, um sie zu bekämpfen. Wenn Sie sich nicht für die beliebteste Lösung entscheiden, wenn die atmosphärischen Gase der Erde wieder auf das vorindustrielle Niveau zurückkehren, bleiben für die Menschheit nur noch die Anpassung an Veränderungen oder der Einsatz geotechnischer Lösungen.


Das SPICE-Projekt wird die Machbarkeit einer der sogenannten Geoengineering-Techniken untersuchen: Stimulation natürlicher Prozesse, die kleine Partikel in die Stratosphäre abgeben, die mehrere Prozent der Sonnenstrahlung reflektieren, die zu uns kommt und die Erde abkühlt. Hier können jedoch äußerst unerwünschte Nebenwirkungen auftreten.

Die letzte Option, Geoengineering, ist nicht ohne Risiken. Die meisten Entscheidungen beinhalten eine weitere Veränderung der Erdoberfläche oder -atmosphäre mit meist unbekannten und unvorhersehbaren Folgen. Von allen Geoengineering-Optionen wird unser Leser das am wenigsten riskante vorschlagen: etwas weiter von der Erde entfernt in den Weltraum zu bringen, um einen Teil des Sonnenlichts zu blockieren. Mit einer Abnahme der Sonnenstrahlung kann die Temperatur gesteuert werden, selbst wenn die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre weiter ansteigt. Wenn wir die Auswirkungen der gesamten globalen Erwärmung seit Beginn der industriellen Revolution vollständig aufheben wollten, müssten wir ungefähr 2% des Sonnenlichts dauerhaft blockieren.


Sonnenfinsternisse sind auf der Erde möglich. Sie treten auf, wenn der Mond während des Neumondes in der Erde-Sonne-Ebene ausgerichtet ist. Das Objekt kann kleiner oder weiter entfernt sein und keine Schatten auf unseren Planeten werfen, sondern gleichzeitig die Menge an Sonnenlicht reduzieren, die die Erde erreicht.

Aber zumindest theoretisch ist dies einfacher zu implementieren, als Sie vielleicht denken. Zwischen der Erde und der Sonne befindet sich ein quasi stabiler Gravitationspunkt, der sich tatsächlich immer auf dem Weg des Sonnenlichts befindet. Es ist als Lagrange-Punkt L1 bekannt und der ideale Ort für den Satelliten, der genau zwischen Erde und Sonne bleiben muss. Wenn sich die Erde in einer Umlaufbahn um die Sonne bewegt, bleibt ein in L1 befindliches Objekt ständig zwischen der Erde und der Sonne und weicht das ganze Jahr über niemals von diesem Punkt ab. Sein physischer Standort befindet sich im interplanetaren Raum, etwa 1.500.000 km näher an der Sonne als an der Erde.


Konturdiagramm der effektiven Potentiale des Erde-Sonne-Systems. Objekte können sich in stabilen mondähnlichen Umlaufbahnen um die Erde oder in quasi stabilen Umlaufbahnen vor oder hinter der Erde befinden. Punkt L1 ist ideal, um das Sonnenlicht dauerhaft zu blockieren.

In einer solchen Entfernung wird selbst ein Objekt von der Größe der Erde keinen Schatten auf unseren Planeten werfen, da der Kegel seines Schattens lange bevor er unsere Welt erreicht, enden wird. Ein einzelner Schatten oder mehrere kleine Schatten blockieren jedoch genug Licht, um die Strahlungsmenge zu verringern, die die Erde erreicht. Um ein Reduktionsniveau zu erreichen, das ausreicht, um der globalen Erwärmung standzuhalten, dh um die einfallende Strahlung um 2% zu reduzieren, muss eine Fläche von 4,5 Millionen Quadratmetern abgedeckt werden. km am Punkt L1. Dies entspricht der Größe eines Objekts, das die Hälfte der Mondoberfläche einnimmt. Aber im Gegensatz zum Mond können wir ihn in so viele kleine Objekte wie nötig unterteilen.


Die Abbildung zeigt Objekte mit einem Durchmesser von 60 cm am Punkt L1. Sie sind transparent, aber sie verwischen das durchgelassene Licht in Form eines Donuts, wie am Beispiel der Sterne im Hintergrund zu sehen ist. Das Sonnenlicht erodiert ebenfalls und geht an der Erde vorbei. Diese Methode zur Eliminierung von Licht eliminiert den Einfluss des Strahlungsdrucks, der sonst zur Verschlechterung der Umlaufbahn L1 geführt hätte.

Einer der Vorschläge eines Astronomen der Universität von Arizona, Roger Angel, sieht vor, eine Gruppe kleiner Raumschiffe am Punkt L1 zu starten. Anstelle einer riesigen und schweren Struktur wird es sich um eine Anordnung von 16 Billionen Objekten handeln, von denen jedes einen Kreis mit einem Radius von etwa 30 cm darstellt. Ein solches Array kann genügend Strahlung blockieren. Es wird keinen Schatten auf der Erde erzeugen, aber die Gesamtlichtmenge, die die Oberfläche des Planeten erreicht, gleichmäßig reduzieren, was einer großen Anzahl dunkler Flecken entspricht, die über die Oberfläche der Sonne verstreut sind.


Das Prinzip einer Raumlinse. Seine Hauptfunktion besteht darin, die globale Erwärmung zu mildern, indem Licht gebrochen wird, so dass es an der Erde vorbei geht. Tatsächlich benötigen Sie ein Objektiv, das kleiner und dünner als hier gezeigt ist

Ein weiterer Vorschlag von James Jarley aus dem Jahr 1989 besteht darin, eine sehr große Linse im Weltraum zu platzieren. Sie können einen Glasschild herstellen, der wie eine Linse funktioniert und eine große Menge Licht von der Erde weg streut. Eine riesige kosmische Linse oder ein Satz kleiner Linsen, die nur wenige Millimeter dick sein müssen, um Licht zu brechen, und dann wird ziemlich viel Licht, das mit der Erde kollidieren könnte, in den interplanetaren Raum bewegt. Bei L1 muss die Linse (oder der Satz von Linsen) ungefähr eine Million Quadratmeter abdecken. km. um die Sonnenenergie, die die Erde erreicht, um 2% zu reduzieren.

Im Prinzip klingt es einfach und ist möglicherweise eine Lösung für das Problem der globalen Erwärmung mit geringem Risiko und großem Nutzen. Aber es gibt zwei Probleme mit ihm.


Der allererste Start des Falcon Heavy am 6. Februar 2018 war ein Erfolg. Die Rakete erreichte eine niedrige Umlaufbahn, lieferte die Fracht erfolgreich aus und die Haupttriebwerke kehrten nach Cape Kennedy zurück, wo sie erfolgreich landeten. Das Versprechen einer wiederverwendbaren Rakete ist Realität geworden und kann die Kosten für den Start von Waren auf 2.000 USD pro Kilogramm senken.

1) Startkosten. Das Raumfahrtprogramm der Menschheit kann ein Objekt an den Punkt L1 senden. Wir haben das schon oft gemacht - fast alle Missionen mit Satelliten, die die Sonne beobachten, gehen dorthin. Aber die Kosten für den Start selbst sehr dünner und leichter Raumschiffe werden unrealistisch sein. Wenn wir Angels Vorschlag für transparente Dünnfilme annehmen und jeder Film nur 1/200 mm dick ist und ein Gramm wiegt, beträgt seine Gesamtmasse 20 Millionen Tonnen. Selbst wenn die Kosten für die Einführung von Technologien der nächsten Generation wie Falcon Heavy auf 2.000 USD pro kg sinken können (zehnmal weniger als jetzt), erhalten wir immer noch Hunderte von Milliarden USD. Und das zweite Problem haben wir noch nicht erreicht.


Die NASA konzipierte in den 1970er Jahren einen Solarstromsatelliten. Wenn mehrere Satelliten an L1 platziert werden, um Sonnenenergie zu sammeln, können sie nicht nur einen Teil des Sonnenlichts blockieren, sondern auch nützliche Energie für andere Zwecke bereitstellen. Der Punkt L1 ist jedoch instabil.

2) Orbitalstabilität. Punkt L1 ist nur quasi stabil, dh entweder muss alles, was wir dort starten, von Motoren in der gewünschten Umlaufbahn unterstützt werden, oder er schwimmt heraus und blockiert nicht mehr das Sonnenlicht. Und dies wird nach unseren Maßstäben zu schnell geschehen: über Zeiträume von mehreren Jahren bis zu mehreren Jahrzehnten, abhängig vom Erfolg des ersten Starts in die Umlaufbahn. Und das bedeutet, dass wir, um das Licht zu blockieren, Ausgaben in Höhe von mehreren zehn Milliarden Dollar pro Jahr benötigen, um Starts zu unterstützen. Dies ist vergleichbar mit dem Jahresbudget der NASA. Und dies nur, wenn die Kosten für Starts ab heute um das Zehnfache gesenkt werden.


So wie ein Schatten auf der Erde die Temperatur senken kann, indem er die Menge des einfallenden Sonnenlichts verringert, können mehrere lichtblockierende Geräte im Weltraum die Menge des Lichts verringern, das die Erde erreicht

Ein großer Vorteil der Fernlichtblockierung besteht darin, dass kein Risiko für langfristige negative Auswirkungen auf die Erde besteht, die mit geotechnischen Entscheidungen verbunden sind. Andere Ideen, wie eine großflächige Veränderung der Atmosphäre, viele Satelliten in einer niedrigen Umlaufbahn um die Erde, die Injektion von Wolken, die Substanzen bilden oder Partikel in den Himmel oder den Ozean reflektieren, können möglicherweise katastrophale unvorhersehbare Folgen haben. Die größten Hürden sind heute jedoch Kostenprobleme und langfristige Stabilität.


Die Kohlendioxidkonzentration in der Erdatmosphäre kann sowohl durch Messungen von Eisbohrkernen als auch durch atmosphärische Verfolgungsstationen bestimmt werden. Die Zunahme der Menge an CO ₂ in der Atmosphäre seit Mitte des 18. Jahrhunderts ist bemerkenswert und geht weiter, ohne sich zu schwächen.

In der Zwischenzeit erwärmt sich der Planet weiter, die CO ₂ -Niveaus steigen weiter an und es gibt keine wirksamen Strategien zur Änderung der Situation. Ideen für solche Bildschirme, die normalerweise als " Raummarkise " bezeichnet werden, sind möglicherweise unsere beste Option. Und obwohl die Kosten unmöglich zu hoch sind, wird es auf lange Sicht möglicherweise die billigste Option sein, die wir implementieren möchten. Aber Jahre, Jahrzehnte, Jahrhunderte und Jahrtausende vergehen, und unsere Nachkommen werden sich in den nächsten Generationen mit den Folgen unserer Handlungen oder Untätigkeit auseinandersetzen müssen.