问伊森:我们可以做一个太阳能屏来应对气候变化吗?


通常,此处显示的结构(如IKAROS)被视为潜在的太空航行器 但是,如果将它们放置在正确的位置,它们的其他应用程序可能会阻挡部分阳光,这将有助于冷却地球。

全球气候变化是当今人类最紧迫的问题之一。 科学极为清楚地说明了正在发生的事情:地球正在变暖,其原因是人类活动所排放的温室气体,而这些气体的浓度仅随时间而持续增长,而没有停止。 尽管有许多减少排放,收集碳和拒绝使用化石燃料的呼吁,但有效的措施却很少。 地球继续升温,海平面上升,全球气候正在变化。 我们可以采取不同的方法来部分关闭太阳光吗? 我们的读者问了这样一个问题:
我们为什么不考虑在太空中建造一个太阳能屏幕来改变进入地球的光量(能量)? 每个经历过日全食的人都知道温度在降低,光线变暗。 这个想法是在我们和太阳之间做一整年的事情。

这是我们在应对全球气候变化时可以考虑的最雄心勃勃但也是最明智的选择之一。



通常,众所周知,大气中温室气体浓度的增加是全球变暖的原因,而全球变暖又在许多方面改变了气候和天气模式。 通常认为其中大多数的后果对世界上大多数人都是不利的,因此,有全球运动在与它们作斗争。 如果您不选择最流行的解决方案,那么在地球大气返回到工业化之前的水平上,人类剩下的唯一选择就是适应变化或使用地球工程解决方案。


SPICE项目将探讨一种所谓的地球工程技术的可行性:刺激自然过程,这些过程会将小颗粒释放到平流层中,这些小颗粒将反射进入我们的百分之几的太阳辐射,从而冷却地球。 但是,这里可能会出现极其不良的副作用。

最后一种选择,即地球工程,并非没有风险。 大多数决定都涉及地球表面或大气的进一步变化,其后果大多是未知且不可预测的。 在所有的地球工程选项中,读者所建议的风险最小:将一些物体发射到离地球更远的太空中,以阻挡部分阳光。 随着太阳辐射的减少,即使大气中温室气体的浓度持续增加,也可以控制温度。 如果我们想完全消除自工业革命开始以来发生的所有全球变暖的影响,我们将不得不永久阻挡大约2%的阳光。


日食可能在地球上发生,当新月期间月球在地-太阳平面上对准时,就会发生日食。 该物体可能更小或更远,并且不会在我们的星球上投射阴影,但同时会减少到达地球的阳光量。

但是,至少从理论上讲,这比您想象的要容易实现。 在地球和太阳之间有一个重力准稳定点,实际上,该点始终在阳光的路径上。 它被称为拉格朗日点 L1,是卫星的理想位置,卫星必须精确地位于地球和太阳之间。 当地球绕太阳绕轨道运动时,位于L1的物体将不断留在地球与太阳之间,并且全年不会偏离这一点。 它的物理位置位于行星际空间,距太阳比距地球约1,500,000公里。


Earth-Sun系统有效电位的等高线图。 物体可以在地球周围稳定的类似月球的轨道上运行,也可以在地球前后的准稳定轨道上运行。 L1点是永久阻挡阳光的理想选择。

在这样的距离下,即使是一个地球大小的物体也不会在我们的星球上投下阴影,因为它的阴影锥会在到达我们的世界之前很长时间就结束。 但是实际上一个阴影或几个小阴影将阻挡足够的光线以减少到达地球的辐射量。 为了达到足以抵御全球变暖的减少水平,即减少2%的入射辐射,必须覆盖450万平方米的面积。 公里 在点L1。 这相当于一个占月球表面积一半的物体的大小。 但是,与月球不同,我们可以根据需要将其分成尽可能多的小物体。


该图显示了在点L1处直径为60厘米的对象。 它们是透明的,但它们会以甜甜圈的形式模糊透射的光,如背景中的星星所示。 阳光也会侵蚀并经过地球。 这种消除光的方法消除了辐射压力的影响,否则辐射压力的影响将导致轨道L1的退化。

亚利桑那大学的一位天文学家罗杰·安吉尔提出的建议之一是提议在L1点发射一组小型航天器。 它将由16万亿个对象组成,而不是庞大而笨重的结构,每个对象都是一个约30厘米半径的圆。 这样的阵列能够阻挡足够的辐射。 它不会在地球上产生任何阴影,但是会均匀地减少到达行星表面的总光线量,这将相当于在太阳表面散布的大量暗点。


太空镜的原理。 它的主要功能是通过使光折射从而使其通过地球来减轻全球变暖。 实际上,您需要的镜头比这里显示的要更小更细

詹姆斯·贾里(James Jarley)在1989年已经提出的另一项建议是在太空中放置一个很大的镜头。 您可以制作一个像镜头一样工作的玻璃罩,并将大量的光散射到地球之外。 一个巨大的宇宙透镜或一组仅需几毫米厚的小透镜才能折射光,然后大量可能与地球碰撞的光将被转移到行星际空间。 在L1,镜头(或一组镜头)将需要覆盖大约一百万平方米。 公里,以减少2%到达地球的太阳能。

从原则上讲,这听起来很简单,并且有可能以低风险和高收益的方式解决全球变暖问题。 但是他有两个问题。


猎鹰重型于2018年2月6日首次发射成功。 火箭到达低轨道,成功地运送了货物,主要引擎返回了肯尼迪角,他们成功着陆。 可重复使用火箭的承诺已成为现实,它可以将发射货物的成本降低到每公斤2,000美元。

1)发射费用。 人类的空间程序能够将物体发送到点L1。 我们已经做了很多次-几乎所有带有观察太阳卫星的任务都去了那里。 但是,发射非常薄和轻的宇宙飞船的成本将是不现实的。 如果我们采用安吉尔(Angel)提出的透明薄膜的建议,并且每层厚度仅为1/200毫米,重1克,那么它们的总质量将为2000万吨。 即使诸如Falcon Heavy之类的下一代技术的发布成本可以降至每公斤2,000美元 (比现在低十倍),我们仍然可以获得数千亿美元。 而且我们还没有达到第二个问题。


美国宇航局(NASA)在1970年代构思了一颗太阳能卫星。 如果将几颗卫星放置在L1处以收集太阳能,它们不仅可以阻挡部分阳光,还可以为其他目的提供有用的能量。 但是点L1是不稳定的。

2)轨道稳定性。 L1点只是准稳定的,也就是说,我们在此处发射的所有物体都必须由所需轨道上的发动机支撑,否则它最终会漂浮并停止阻挡阳光。 按照我们的标准,这将太快发生:从几年到几十年的时间里,这取决于首次发射进入轨道的成功程度。 这就意味着,为了挡住一切,我们每年仅需要数百亿美元的费用来支持发射:这可与NASA的年度预算相提并论。 而且只有在发射成本比今天降低10倍的情况下。


就像地球上的阴影可以通过减少入射的阳光量来降低温度一样,太空中的几个遮光设备也可以减少到达地球的光量

远程挡光的一大优势在于,与地球工程决策无关,不会对地球产生长期的负面影响。 其他想法,例如大气层的大规模变化,许多绕地球低轨道运行的卫星,注入形成物质的云层或将微粒反射到天空或海洋中,都可能带来灾难性的不可预测的后果。 但是,当今最大的障碍是成本问题和长期稳定性。


可以通过对冰芯的测量以及通过大气跟踪站来确定地球大气中二氧化碳的浓度。 自18世纪中叶以来,大气中的CO 2数量增加是惊人的,并且持续且没有减弱。

同时,地球继续变暖,CO 2含量持续上升,并且没有有效的方法来改变这种状况。 这种屏幕的想法通常称为“ 太空篷 ”,可能是我们最好的选择。 而且尽管它的成本不可能很高,但从长远来看,它可能会成为我们要实现的最便宜的选择。 但是,数年,数十年,几个世纪和几千年过去了,我们的后代将不得不应对下一代的作为或不作为所造成的后果。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN415455/


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