巨型太空遮陽傘是否能阻止全球變暖

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與日漸加劇的全球變暖賽跑、找出解決之道,是當前地球面臨的最迫切挑戰之一。

其中有一種很直截了當的阻止變暖的方案:就是設法打造一個超級巨大、置於太空的遮陽傘。既然人類已經意外改變了氣候,何不付諸「地球工程」來扭轉氣候呢?

這個想法看似激進大膽,但它確實有可行性。透過減少照射至地球的太陽光線,即使二氧化碳濃度上升,仍可使地球快速降溫。撞地球導致恐龍滅絕的小行星,當時遮蔽了90%的太陽光線,科學界認為只要隔絕2%到4%陽光,就能使地球氣候回復到工業化前狀態。

太空遮陽傘的構想,獲得包括英國皇家學會(Royal Society)、美國太空總署(NASA)和歐洲聯盟等頂尖機構的支持。如今該方案甚至引起了在全球變暖方面備受敬重的聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的興趣。

太空遮陽傘的概念可能會越來越成為主流觀點,但如何實施,目前看起來仍遙遙無期。為了讓運動中的地球均勻降溫,遮陽傘必須得設在地球和太陽引力能取得平衡的外太空,即距離地球約100萬英里的「L1點」。

這個方案最早由工程師詹姆士·厄爾利(James Early)在1989年提出,當時的想法是設計一個2000公里寬的巨型玻璃防護罩,由於它重量過重,需要在月球上建造。近年來也有一些提議,包括利用月球的塵埃雲、55000個金屬絲網鏡子或是一圈環繞地球的小傘,更匪夷所思的想法是利用相當5000萬億個氫彈的大爆炸讓地球遠離太陽。

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Image caption 人類活動改變了地球氣候-但是解決問題的辦法是否在太空呢?(圖片來源: Getty Images)

迄今為止最大的挑戰就是如何將遮陽傘放置到太空中。將一磅載荷發射到太空軌道需要花費1萬美元(約合6,930英鎊),自1972年登月以來,人類再也沒有登月行動。這個方法要想可行,技術上必須要求遮陽傘極薄且需要在地球上進行組裝。

天文學家羅傑.安吉爾(Roger Angel)認為他找到了答案:16兆個飛行空間機器人。每一個重達一克,就像一隻大蝴蝶一樣,在陽光下,用透明的薄膜阻隔太陽光。為了保持低負荷,薄膜必須是不到一百分之一人類頭髮的厚度。他說:「再薄就無法阻擋住陽光了。

通過太陽能離子推進器,機器人會自動進入軌道。該技術已在歐洲航天局的SMART-1月球探測器上使用,形成一個60000英里寬的圓柱形的雲團。之後,他們需要通過「牧羊犬衛星」定期維持秩序,防止機器人之間互相撞擊或被阻隔的陽光吹離航線。他說:「如果放任不管,他們會漂走,最終返回地球,」他說。

電磁炮

為此我們總共需要將重約2000萬噸的物體送入太空,對於普通化學推進劑火箭來說仍然太重。安吉爾的解決辦法是將一個巨大的電磁槍嵌入在一座山上進行發射,這個方法相當激進,違背了物理定律,多年以來人們認為是不可能實現的。

該系統將使用電磁能轉換成推力的形式,在山頂將物體發射出去。目前被稱為「洛倫磁力」(Lorentz force)的這種能量已經在驅動著磁力懸浮、磁懸浮列車、以及美國海軍的最新武器的使用。拋開需要的燃料,發射成本可能低至20美元(£13.90)每磅,這樣花費幾萬億美元就可以把遮陽傘送入太空軌道。

目前只有一個問題:這項技術還不存在。

目前看來,最簡單、最省成本的方法就是模擬一場自然災害。諸如小行星撞地球或是火山爆發引發的寒蟬效應(激冷效應)就是主要由於含硫量高的岩石的氣化釋放的硫導致的。寒蟬效應是恐龍滅絕的原因。

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Image caption 提議中的電磁炮將使用類似於磁懸浮列車上的技術(圖片來源: Getty Images)

這些顆粒物可以在空氣中漂浮數年,能夠增加大氣的密度,從而將太陽光反射到宇宙中。最近一次實例發生在1991年,菲律賓皮納圖博火山(Mount Pinatubo)的爆發釋放了上千噸二氧化硫氣體。在隨後的幾年中,地球的溫度下降了零點幾度。

據估計,僅1千克硫就能抵消幾十萬千克二氧化碳產生的溫室效應。在一場全球變暖危機中,人為的超級火山爆發可能正是地球所需要的。

源自臭氧層的恐懼

這種方法是否可行現在看來還不太明確,因為仍存在許多問題:地球多快能降溫?能降多少?火山爆發產生的顆粒物能均勻地遮蓋地球嗎?畢竟,比預計溫度多降幾度也會引發重大災難。英國布里斯托大學(University of Bristol)的火山學家馬修·沃森博士(Dr Matthew Watson),另有擔憂。「人們說,'噢,我們可能會把地球意外冷卻到零下20度」或類似的話,我認為那是胡說八道。我們清楚火山對於全球溫度的影響。」

沃森表示,真正的威脅其實潛藏在未知的後果中。就拿臭氧來說,這種化學物質為地球抵擋了致癌的紫外線。在1987年,《蒙特利爾議定書》(Montreal Protocol)規定禁止使用侵蝕臭氧的氟氯昂制冷劑(CFCs),而該物質之前曾廣泛的應用於冰箱和噴霧罐中。然而,每年春季,冰雲提供的表面會被殘留氯化物侵蝕,南極地區(Antarctic)還是會出現臭氧層空洞。

由此可見,硫酸鹽粒子也會對臭氧造成巨大傷害。美國羅格斯大學(Rutgers University)的艾倫·羅伯克(Alan Robock)撰寫了一份相關報告,他說:「在兩次大型火山爆發之後,科學家已經觀察到了大面積的臭氧消耗。這種現象還將在全球範圍內蔓延。」

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Image caption 火山噴出的硫磺物質到大氣中,會產生冷卻效應。(圖片來源: Getty Images)

然後就是天空本身。即使是在陽光燦爛的日子,光散射顆粒可以把藍天變白色。用硫酸遮陽,會有更多的「分散輻射」,而不是陽光直接照射。「多雲的日子你也可以感受到陽光,雖然看不到太陽,但是仍然是明亮的,」沃森說。然而,這個令人不安的前景也有一個好處。

雖然火山噴發會在大氣中注入大量的溫室氣體,但二氧化碳積聚實際上減慢了。沒有人知道具體原因,但是一種可能是因為植物更易於在更白的天氣條件下生長;由於天氣不那麼熱,植物的長勢也更加良好。「這實際上有利的反駁了這種形式的干預。由於系統很複雜,結果也很難預測,」他說。

帶著這些不確定性,布里斯托大學的丹·倫特(Dan Lunt)和他的同事一起設計了一個氣候模型,用於預測「遮陽傘」產生的氣候影響。

該模型包括三種情況:工業革命前的世界,一個四倍於目前大氣中二氧化碳含量的,比現在溫度高6度的「溫室世界」和有同樣二氧化碳含量的,但太陽光強度減少4%的「遮陽板世界」。相當於每平方米的瓦數就減少了55,大致等同於使用一個燈泡的耗電量。

實驗證明,這把「遮陽傘」能夠有效減少溫室環境中的氣溫升高。然而,實驗結果也不盡如人意。由於地球被均勻地遮擋住,與工業化以前相比,熱帶地區的溫度下降了1.5度,與此同時高緯度地區的溫度升高了1.5度。因此就算有了遮擋物,兩極地區還是會有冰川融化。

「遮陽板的世界」或許會更乾燥,平均降水減少5%。「如果你將全球溫度一路降低到工業化前,那麼星球就會過度乾燥。唯一的辦法就是保持一定的全球變暖的效果,」未參與這項研究的氣候科學家本誇維茨(Ben Kravitz)說。

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Image caption 遮陽傘或許可以給全球降溫,但在極地地區的效果不及熱帶地區。(圖片來源: Getty Images)

在這個人為設計的氣候世界裏,一些國家將得到比別人更好的好處。此外,有了「遮陽傘」以後全球氣候會變得更乾燥,降雨量將平均減少5%。這把「傘」一方面能保護一些國家免受洪水災害,另一方面也會有國家因此遭受旱災。「要將遮陽傘放在太空需要全球的努力,但實際上不同的國家或許會強調不同的特性,因此可能會有各種各樣的政治陰謀。」倫特說到。

由此看來,一把「太空遮陽傘」真的可以阻止全球變暖嗎?克拉維茨說:「有些事情我們永遠也無法弄清楚,它們永遠都超前於我們所做的事情。但是在我們弄清能做什麼和不能做什麼之前,我們還有很多工作要做。」

沃森則表示:「這關乎對於風險的權衡。十年以前,溫度上升8.5度簡直就是天方夜譚,但是現在就不一樣了。「在這種情況下我們是否可能進行干預?」我覺得我們可以,難道我們不應該竭盡所能不讓那一天到來麼?絕對應該這樣做。」

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(責編:林杉)

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