最大腦洞拯救地球：太空里裝個遮陽網

全球氣候變化是當今人類面臨的最緊迫的長期問題之一。對於全球氣候變化及其原因，科學家已經給出了清楚的解釋：地球正在變暖，人為引起的能吸收大量熱量的溫室氣體排放是地球溫度升高的原因。

隨著時間推移，這些溫室氣體的濃度只會繼續上升，而不會下降。雖然許多組織和有識之士呼籲要減少溫室氣體排放、捕獲碳，並淘汰化石燃料，但幾乎沒有什麼成效。

地球在繼續變暖，海平面在繼續上升，全球氣候在繼續變化。我們可以採用不同思路，阻擋來自太陽的部分光線嗎？

給地球裝個遮陽網可能是最大膽也是最明智的全球氣候變化解決方案之一

這就是托尼·德拉多爾切（Tony DeLa Dolce）的問題，他問道：「為什麼我們不考慮在太空設立一道遮陽網，來減少地球接收到的光線（能量）的量。經歷過日全食的人都知道，太陽光暗下來後，溫度也會隨之降低。因此，在地球和太陽之間設立一道遮陽網也許是個好主意。」

在解決全球氣候變化方面，這可能是最大膽，也是最明智的解決方案之一。

圖：美國航空航天局製作的大氣層能量平衡圖

眾所周知的是，大氣層中溫室氣體濃度的增加推動了全球變暖，從而推動地球氣候和天氣模式在多個方面都發生了變化。

通常情況下，大多數（而非全部）這些變化被認為對於大多數人來說是不利的，因此，應對全球氣候變化是一場全球化的運動。

如果最受認可的使地球大氣氣體濃度恢復到工業革命之前水平的解決方案不被採納，人類的唯一選項將是適應這些變化，或者對地球進行改造。

圖：SPICE項目將研究一項所謂地球改造方案的可行性

對地球進行改造並非沒有風險。大多數這類解決方案都涉及改變地球表面或大氣層，可能會帶來不可預測的未知後果。

但是，在對地球進行改造的方案中，風險最小的可能是托尼提出的方案：在遠離地球的太空，設立一道遮陽網，遮擋部分太陽光。

由於太陽輻射照度減少，即使大氣中溫室氣體濃度繼續上升，溫度也可以得到控制。根據計算，如果要抵消自工業革命以來全部全球變暖的影響，我們必須遮擋住2%的太陽光。

圖：日食現象

但是，至少在理論上，這一方案實施難度要小於人們的想像。在太陽和地球之間，存在一個引力保持穩定的點——L1拉格朗日點，距離地球約150萬公里。地球圍繞太陽旋轉，位於L1點的物體將永遠在地球和太陽之間。

圖：地球和太陽之間的拉格朗日點

在這樣遠的距離上，即使是地球大小的物體也不會在地球上投下陰影，因為它的陰影錐在到達地球前就消失了。但是，一個遮陽傘，或一系列較小的遮陽傘，將有效阻擋足夠多光線，以減少到達地球的陽光量。

為了達到抵消全球變暖效果的目的，即為了將地球接收到的太陽輻射減少2％，我們需要在L1拉格朗日點覆蓋450萬平方千米的區域——這相當於月球表面積的一半。

但與月球不同的是，我們可以根據需要將它分割成許多較小的部分。

根據亞利桑那大學天文學家羅格爾·安吉爾（Rogel Angel）設計的方案，人類需要向L1拉格朗日點發射大量小型飛船，部署大約16萬億個小型結構（每個結構直徑約為30厘米）而非一個重型結構，可以阻擋我們所要求的太陽光。

它不會在地球上造成陰影，但會均勻地減少照射到地球表面的太陽光，與太陽表面存在的大量微型太陽黑子相似。

圖：太空透鏡原理圖

詹姆士·厄爾利（James Early）早在1989年提出的另外一項方案，是在太空中部署一個超大的透鏡，將照射到地球的大量陽光漫射到太空中，透鏡厚度只需數毫米即可。

在L1拉格朗日點，透鏡（或透鏡系列）必須覆蓋100萬平方公里區域，才能把到達地球的太陽能量減少約2%。

大體上，這聽起來像是一個簡單的方案，對於解決全球變暖問題來說是一個低風險、高回報的解決方案。

但它存在兩個問題。

圖：重型獵鷹火箭首次發射

1）發射成本。

目前，人類的航天技術足以將任何物體發送到L1拉格朗日點，人類已經多次向L1拉格朗日點發射航天器：絕大多數太陽觀察衛星都位於這一點。

但是，即使對於一系列非常薄、非常輕的航天器，發射成本也是個天文數字。根據安吉爾的方案，每塊薄膜厚度只有5000分之一英寸，重量不超過1克，「遮陽傘」總重量也高達2000萬噸。

即使是重型獵鷹火箭等新一代航天發射技術，能夠將成本降低至每磅不足1000美元（只相當於當前發射成本的十分之一），要把「遮陽傘」發射到L1拉格朗日點，也需要數千億美元。

這還沒有考慮到第二個問題。

圖：美國航空航天局1970年代設想的太陽能發電衛星

2）軌道穩定性。

L1拉格朗日點僅僅是准穩定的，這意味著我們發射到那裡的所有航天器都需要藉助火箭發動機進行維護，以維持當前的軌道，否則它將最終產生漂移，不再能阻擋陽光到達地球。

令人遺憾的是，漂移的速度太快了，在數年到數十年之間。

這意味著，為了阻擋陽光，我們需要每年在維護性發射方面花費數百億美元——與美國航空航天局的全年預算相當，這還是考慮到發射成本比現在低10倍的情況下。

圖：就像陰影能降低溫度一樣，阻擋地球接收陽光的太空裝置也能給地球降溫

阻擋陽光到達地球的一大優勢是，避免了地球工程解決方案對地球的長期負面影響。

其他思路，例如大規模改造大氣層、低地球軌道上的衛星群，或將能形成雲的材料或反射顆粒注入天空或海洋等，都會產生危險、不可預測的潛在後果。

但目前，成本和長期不穩定的大問題是實施這種解決方案的最大障礙。

圖：自1700年代以來，大氣層中二氧化碳濃度上升是驚人的

在此期間，地球繼續變暖，二氧化碳水平繼續上升，而且沒有有效的策略來扭轉這一進程。

像這樣的「遮陽傘」，可能會成為我們最好的選擇。雖然成本高昂，但從長遠來看，它可能是我們願意實施的最廉價方案。

隨著時間的流逝，我們的後代將會處理我們今後幾代人的行為或不作為的後果。

Science科學創建者shkoh chao：國家計算機高級工程師，業餘天文學家和科普工作者。新浪微博認證博主，今日頭條認證科普作者，頭條問答簽約作者，騰訊企鵝科普達人，UC頭條認證科普作者，鳳凰新聞科技頻道科普作者。每天多篇前沿科學科技資訊讓你掌握一手科學信息。多篇科學探索文章，擴充你的腦容量，讓你成為大神般的十萬個為什麼的解密者。

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