巨型太空遮阳伞是否能阻止全球变暖

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与日渐加剧的全球变暖赛跑、找出解決之道,是当前地球面临的最迫切挑战之一。

其中有一种很直截了当的阻止变暖的方案:就是设法打造一个超级巨大、置于太空的遮阳伞。既然人类已经意外改变了气候,何不付诸“地球工程”来扭转气候呢?

这个想法看似激进大胆,但它确实有可行性。透过减少照射至地球的太阳光线,即使二氧化碳浓度上升,仍可使地球快速降温。撞地球导致恐龙灭绝的小行星,当时遮蔽了90%的太阳光线,科学界认为只要隔绝2%到4%阳光,就能使地球气候回复到工业化前状态。

太空遮阳伞的构想,获得包括英国皇家学会(Royal Society)、美国太空总署(NASA)和欧洲联盟等顶尖机构的支持。如今该方案甚至引起了在全球变暖方面备受敬重的联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的兴趣。

太空遮阳伞的概念可能会越来越成为主流观点,但如何实施,目前看起来仍遥遥无期。为了让运动中的地球均匀降温,遮阳伞必须得设在地球和太阳引力能取得平衡的外太空,即距离地球約100万英里的「L1点」。

这个方案最早由工程师詹姆士·厄尔利(James Early)在1989年提出,当时的想法是设计一个2000公里宽的巨型玻璃防护罩,由于它重量过重,需要在月球上建造。近年来也有一些提议,包括利用月球的尘埃云、55000个金属丝网镜子或是一圈环绕地球的小伞,更匪夷所思的想法是利用相当5000万亿个氢弹的大爆炸让地球远离太阳。

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Image caption 人类活动改变了地球气候-但是解决问题的办法是否在太空呢?(图片来源: Getty Images)

迄今为止最大的挑战就是如何将遮阳伞放置到太空中。将一磅载荷发射到太空轨道需要花费1万美元(约合6,930英镑),自1972年登月以来,人类再也没有登月行动。这个方法要想可行,技术上必须要求遮阳伞极薄且需要在地球上进行组装。

天文学家罗杰.安吉尔(Roger Angel)认为他找到了答案:16兆个飞行空间机器人。每一个重达一克,就像一只大蝴蝶一样,在阳光下,用透明的薄膜阻隔太阳光。为了保持低负荷,薄膜必须是不到一百分之一人类头发的厚度。他说:“再薄就无法阻挡住阳光了。

通过太阳能离子推进器,机器人会自动进入轨道。该技术已在欧洲航天局的SMART-1月球探测器上使用,形成一个60000英里宽的圆柱形的云团。之后,他们需要通过“牧羊犬卫星”定期维持秩序,防止机器人之间互相撞击或被阻隔的阳光吹离航线。他说:“如果放任不管,他们会漂走,最终返回地球,”他说。

电磁炮

为此我们总共需要将重约2000万吨的物体送入太空,对于普通化学推进剂火箭来说仍然太重。安吉尔的解决办法是将一个巨大的电磁枪嵌入在一座山上进行发射,这个方法相当激进,违背了物理定律,多年以来人们认为是不可能实现的。

该系统将使用电磁能转换成推力的形式,在山顶将物体发射出去。目前被称为“洛伦磁力”(Lorentz force)的这种能量已经在驱动着磁力悬浮、磁悬浮列车、以及美国海军的最新武器的使用。抛开需要的燃料,发射成本可能低至20美元(£13.90)每磅,这样花费几万亿美元就可以把遮阳伞送入太空轨道。

目前只有一个问题:这项技术还不存在。

目前看来,最简单、最省成本的方法就是模拟一场自然灾害。诸如小行星撞地球或是火山爆发引发的寒蝉效应(激冷效应)就是主要由于含硫量高的岩石的气化释放的硫导致的。寒蝉效应是恐龙灭绝的原因。

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Image caption 提议中的电磁炮将使用类似于磁悬浮列车上的技术(图片来源: Getty Images)

这些颗粒物可以在空气中漂浮数年,能够增加大气的密度,从而将太阳光反射到宇宙中。最近一次实例发生在1991年,菲律宾皮纳图博火山(Mount Pinatubo)的爆发释放了上千吨二氧化硫气体。在随后的几年中,地球的温度下降了零点几度。

据估计,仅1千克硫就能抵消几十万千克二氧化碳产生的温室效应。在一场全球变暖危机中,人为的超级火山爆发可能正是地球所需要的。

源自臭氧层的恐惧

这种方法是否可行现在看来还不太明确,因为仍存在许多问题:地球多快能降温?能降多少?火山爆发产生的颗粒物能均匀地遮盖地球吗?毕竟,比预计温度多降几度也会引发重大灾难。英国布里斯托大学(University of Bristol)的火山学家马修·沃森博士(Dr Matthew Watson),另有担忧。“人们说,'噢,我们可能会把地球意外冷却到零下20度”或类似的话,我认为那是胡说八道。我们清楚火山对于全球温度的影响。”

沃森表示,真正的威胁其实潜藏在未知的后果中。就拿臭氧来说,这种化学物质为地球抵挡了致癌的紫外线。在1987年,《蒙特利尔议定书》(Montreal Protocol)规定禁止使用侵蚀臭氧的氟氯昂制冷剂(CFCs),而该物质之前曾广泛的应用于冰箱和喷雾罐中。然而,每年春季,冰云提供的表面会被残留氯化物侵蚀,南极地区(Antarctic)还是会出现臭氧层空洞。

由此可见,硫酸盐粒子也会对臭氧造成巨大伤害。美国罗格斯大学(Rutgers University)的艾伦·罗伯克(Alan Robock)撰写了一份相关报告,他说:“在两次大型火山爆发之后,科学家已经观察到了大面积的臭氧消耗。这种现象还将在全球范围内蔓延。”

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Image caption 火山喷出的硫磺物质到大气中,会产生冷却效应。(图片来源: Getty Images)

然后就是天空本身。即使是在阳光灿烂的日子,光散射颗粒可以把蓝天变白色。用硫酸遮阳,会有更多的“分散辐射”,而不是阳光直接照射。“多云的日子你也可以感受到阳光,虽然看不到太阳,但是仍然是明亮的,”沃森说。然而,这个令人不安的前景也有一个好处。

虽然火山喷发会在大气中注入大量的温室气体,但二氧化碳积聚实际上减慢了。没有人知道具体原因,但是一种可能是因为植物更易于在更白的天气条件下生长;由于天气不那么热,植物的长势也更加良好。“这实际上有利的反驳了这种形式的干预。由于系统很复杂,结果也很难预测,”他说。

带着这些不确定性,布里斯托大学的丹·伦特(Dan Lunt)和他的同事一起设计了一个气候模型,用于预测“遮阳伞”产生的气候影响。

该模型包括三种情况:工业革命前的世界,一个四倍于目前大气中二氧化碳含量的,比现在温度高6度的“温室世界”和有同样二氧化碳含量的,但太阳光强度减少4%的“遮阳板世界”。相当于每平方米的瓦数就减少了55,大致等同于使用一个灯泡的耗电量。

实验证明,这把“遮阳伞”能够有效减少温室环境中的气温升高。然而,实验结果也不尽如人意。由于地球被均匀地遮挡住,与工业化以前相比,热带地区的温度下降了1.5度,与此同时高纬度地区的温度升高了1.5度。因此就算有了遮挡物,两极地区还是会有冰川融化。

“遮阳板的世界”或许会更干燥,平均降水减少5%。“如果你将全球温度一路降低到工业化前,那么星球就会过度干燥。唯一的办法就是保持一定的全球变暖的效果,”未参与这项研究的气候科学家本夸维茨(Ben Kravitz)说。

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Image caption 遮阳伞或许可以给全球降温,但在极地地区的效果不及热带地区。(图片来源: Getty Images)

在这个人为设计的气候世界里,一些国家将得到比别人更好的好处。此外,有了“遮阳伞”以后全球气候会变得更干燥,降雨量将平均减少5%。这把“伞”一方面能保护一些国家免受洪水灾害,另一方面也会有国家因此遭受旱灾。“要将遮阳伞放在太空需要全球的努力,但实际上不同的国家或许会强调不同的特性,因此可能会有各种各样的政治阴谋。”伦特说到。

由此看来,一把“太空遮阳伞”真的可以阻止全球变暖吗?克拉维茨说:“有些事情我们永远也无法弄清楚,它们永远都超前于我们所做的事情。但是在我们弄清能做什么和不能做什么之前,我们还有很多工作要做。”

沃森则表示:“这关乎对于风险的权衡。十年以前,温度上升8.5度简直就是天方夜谭,但是现在就不一样了。“在这种情况下我们是否可能进行干预?”我觉得我们可以,难道我们不应该竭尽所能不让那一天到来么?绝对应该这样做。”

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(责编:林杉)

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