摘自：課堂內(nèi)外初中版·科學(xué)少年 2023 年 8 月第 3 周刊（總第 1153 期） 文/太空僧 編輯/山雨

世界氣象組織預(yù)計(jì)，全球氣溫將在未來五年內(nèi)不斷刷新紀(jì)錄。世界好像變得越來越熱了，而地球的熱量大部分都來自太陽。為了降溫，能不能給地球擋住一部分太陽光呢？這樣的“腦洞”似乎很瘋狂，但還真有科學(xué)家想出了不少奇異的點(diǎn)子。

方案一：在大氣層打把傘

火山噴發(fā)，是自然給地球打的一把傘
1991年菲律賓皮納圖博火山爆發(fā)，噴射出的火山灰迅速擴(kuò)散，把天空遮蔽起來，就像給地面打上一把巨大的太陽傘，大大減少了到達(dá)地表的太陽光，還能把太陽輻射的能量向太空反射回去。這場火山爆發(fā)，意外使得北半球的平均溫度在隨后的15個(gè)月里下降了約0.5℃。

1906年-2005年，大氣層中的硫酸鹽氣溶膠讓地表附近的溫度下降了0.54-0.22℃。

同一時(shí)期由于二氧化碳等溫室氣體的排放，使大氣的保溫作用增強(qiáng)，地表溫度上升了0.87-1.22℃。

火山灰里有什么？

火山噴出的物質(zhì)里面含有大量二氧化硫等揮發(fā)物質(zhì)。硫化物沖上20千米的高空，會被氧化成硫酸鹽小顆粒，變成漂浮的氣溶膠狀態(tài)。

也就是說，一百年間，地球上的大型火山爆發(fā)向大氣平流層注入的氣溶膠，部分抵消了同一時(shí)期的溫室效應(yīng)。但火山爆發(fā)是偶爾發(fā)生的自然事件，而且造成的災(zāi)害很大，所以不能依靠火山噴發(fā)來達(dá)到給地球降溫的目的。

人為模仿火山噴發(fā)的效果，可以嗎?

既然氣溶膠遮擋陽光可以降溫，那么我們可以往大氣層里人工注入氣溶膠嗎?

早在 2017年，哈佛大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)就啟動了一個(gè)科研項(xiàng)目，想搞清楚利用高空氣球主動往大氣的平流層播撒顆粒物，會產(chǎn)生什么樣的作用，又有哪些潛在危害。而最引人矚目的，要屬歐盟發(fā)起的“太陽地球工程”。他們設(shè)想在距離地面約20千米的高空，用噴氣式飛機(jī)將少量碳酸鈣或硫酸鹽氣溶膠顆粒物播撒到大氣中，就如同火山噴發(fā)產(chǎn)生的霧霾一樣。

方案分析

優(yōu)點(diǎn)：

•無論氣溶膠顆粒物還是投放的載具，成本都不算高昂。

•抵達(dá)平流層的難度不高，花費(fèi)時(shí)間少，還能快速起效。

•可以在特定地區(qū)的上空進(jìn)行，顆粒物停留時(shí)間有限，不會造成永久遮蔽。

缺點(diǎn)：

•人為操縱遮擋陽光，可能引起氣候惡化，改變風(fēng)向和降雨量。

•在被遮擋陽光的地區(qū)，農(nóng)作物或許會遭遇減產(chǎn)。

•飄浮在空氣中的氣溶膠粒子可能被吸入肺中，對人類健康構(gòu)成威脅。

方案二：在外太空打把傘

比氣溶膠計(jì)劃更瘋狂的，是“地球盾計(jì)劃”。
所謂“地球盾計(jì)劃”，就是往宇宙中發(fā)射一個(gè)類似于盾牌的東西，擋在太陽與地球之間，減少太陽對地球的照射。

地球盾要放在哪里?

這個(gè)盾牌必須在地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)，依然保持在地球與太陽之間，與地球和太陽保持相對靜止。天體物理學(xué)家通過計(jì)算得出，這個(gè)盾牌只能放在唯一一個(gè)被稱為“拉格朗日點(diǎn)L1”的地點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)位于太陽和地球的連線上，距離地球約150萬千米。

在這一點(diǎn)上，盾牌可以幾乎不消耗燃料，自動保持在太陽與地球的連線之間，并隨地球一起公轉(zhuǎn)。這就像在太空中給地球打了一把遮陽傘。

盾牌會擋住什么地方?

我們并不需要遮擋所有太陽光，只需要遮擋其中一部分，使地球接收的太陽輻射保持在一個(gè)合理范圍內(nèi)。考慮到盾牌放置在地球和太陽之間，因此它遮蔽的區(qū)域應(yīng)該是在赤道附近，隨著太陽直射點(diǎn)在南北回歸線之間移動。

盾牌需要造多大?

假設(shè)盾牌是一個(gè)圓形，想讓地表平均溫度下降5℃，它的直徑要達(dá)到1400多千米，相當(dāng)于從哈爾濱到廣州的距離。它的面積將達(dá)到650萬平方千米，比一半中國國土的面積還要大。

這樣的盾牌有多重?

要把這么巨大的人造物運(yùn)到太空中去，最可行的辦法是用最輕最薄的材料去制造它，但透光率又不能太高，否則效果就會打折扣。同時(shí)這種材料還要能承受太空的嚴(yán)寒和高溫，并且在微小隕石的攻擊下也不會變形。

詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡用來遮陽的結(jié)構(gòu)，用的是只有頭發(fā)絲那么厚的聚酰亞胺薄膜，上面還加上了硅和鋁的涂層。假設(shè)地球盾也采用類似的設(shè)計(jì)，那么它的質(zhì)量將至少在1000噸以上，相當(dāng)于160 多個(gè)韋布望遠(yuǎn)鏡。要把如此的龐然大物發(fā)射到遙遠(yuǎn)的拉格朗日點(diǎn)組裝起來，是不敢想象的巨大工程，這個(gè)“腦洞”十分昂貴。

方案分析：

優(yōu)點(diǎn)：

•地球盾在安裝好以后，將會長期有效，除了維修不需要再次大規(guī)模操作。

•可以通過遙控改變盾牌上各個(gè)反射面的角度，主動調(diào)節(jié)到達(dá)地球的陽光。

缺點(diǎn)：

•要將如此巨大的工程安裝到遠(yuǎn)離地球的太空中，單是材料的運(yùn)送就要很多次，建造和發(fā)射成本非常高，后期維護(hù)也十分昂貴。

•工程實(shí)施的難度很高，不是哪一個(gè)國家能獨(dú)自負(fù)擔(dān)的，需要國際合作。

•由于遮擋的陽光會對地球許多地區(qū)造成影響，可能引起國際糾紛。

想一想:

面對越來越炎熱的氣候，你還有什么腦洞大開的降溫計(jì)劃嗎?