建立一個“太空遮陽傘”來應對全球變暖,從科學角度可行嗎?

心我在人就在


看見你的提問感覺挺幽默的,氣候變化是人為造物的副產品,有毒氣,噪音,毒液,毒渣,塑料和好的化學染料總之就是沒把地球看做母親。所以肆無忌憚的開發,挖掘和研究。地裡農民用上遮陽網還長不好莊稼了還想在太空上遮陽傘,你沒聽說,萬物生長靠太陽?可見陽光都生命的重要。人不要以為能做到就是科學。首先要看看對環境有損害不?其次才是科學的功能。


過兩天1963


  • 圖注:由於人類對我們星球大氣層的影響,地球正在繼續變暖,而平均太陽輻照度則沒有改變。然而,一個潛在的解決方案,如空間遮陽篷(傘)可以減少陽光影響我們的世界,使綜合效應帶我們回到工業化前的溫度條件。

現在是2020年,不僅地球比10萬年前更暖和,而且導致全球變暖的溫室氣體濃度也持續增加。如果我們想要給地球降溫,也許是時候超越單純提倡清潔、綠色能源和結束對化石燃料的依賴了。相反,我們應該考慮地球工程解決方案,比如在太陽照射到我們之前進入太空並攔截一些太陽光。比如在拉格朗日點建造一個“太空遮陽傘”呢?這是一個聰明的想法,有很多潛力。讓我們仔細看看。

  • 圖注:含攝入和傳出輻射(值以 W/m=2 顯示)地球能量預算圖,。衛星儀器(CERES)測量反射的太陽,併發射紅外輻射通量。能量平衡決定地球的氣候。

第一步是理解為什麼地球的溫度是什麼。你可能會認為是太陽給了我們溫暖,但這最正確。如果要應用最直接的方法估計地球的平均溫度,您將:

  • 確定太陽產生的太陽總平均日照,
  • 測量地球-太陽距離以確定到達地球的太陽光量,
  • 找出地球的反照率或反射率,以確定吸收多少能量與反射,
  • 然後把所有這些組件放在一起計算地球的平均溫度。

從物理的角度來看,這種計算非常簡單,給出的答案為 255 K,在更熟悉的單位中,可以達到 -18 °C 或 0 °F。

  • 圖注:雖然地球表面的各種成分在吸收或反射的光量上顯示出巨大的可變範圍,但地球的平均反射率/吸收率(稱為反照率)保持不變,為約31%。

不幸的是,這個值甚至與現實不符。地球的平均溫度比那高很多——用熟悉的話來說,是33°C或59°F——而且原因與太陽毫無關係。相反,這種額外的溫度起伏是由於地球大氣層的絕緣效應導致的,它不僅反射或傳輸來自太陽的傳入輻射,而且從地球表面發出的外向輻射。

沒有大氣層,陽光進入,得到反射或吸收,然後吸收的熱量被重新輻射為紅外光。但是,在大氣層中,一些紅外光被吸收或重新反射回地球表面,特別是由於水蒸氣、二氧化碳和甲烷的存在。這三種氣體都像是整個星球的毯子:它們限制了地球熱量進入太空的能力。

  • 圖注:地球大氣中二氧化碳的濃度可以通過冰芯測量(很容易追溯到幾十萬年前)和大氣監測站來確定。自17世紀中葉以來,大氣中二氧化碳的增加是驚人的,而且有增無減。

自工業革命開始以來,人類導致地球二氧化碳濃度急劇上升;目前比18世紀中葉高出50%以上。雖然在確定地球溫度方面還會產生許多其他複雜的影響,但兩個基本效應——太陽到達地球的能量和地球(主要)由於大氣層而保留它的能力——是迄今為止最重要的。

40多年來,科學家們一直明白,人為溫室氣體濃度的增加是導致全球變暖和氣候變化的原因,但減少這些排放的努力並沒有成功。現在是2020年,我們的集體氣候無所作為正導致許多人考慮地球工程解決方案。雖然大多數地球工程思想涉及改變地球的大氣層或表面,但風險最小的選擇是Dan提出的:在太陽到達地球之前攔截太陽光的一部分。

  • 圖注:通常,像IKAROS這樣的結構,如圖所示,被視為在太空中隱藏的帆。然而,如果一個大面積的物體被放置在地球和太陽之間,它可能會減少我們大氣層頂部接收的總輻照度,從而有可能對抗全球變暖。

最簡單的方法就是把一些東西發射到遠離地球的太空中,但在我們的星球和太陽之間,防止一部分進入的太陽照射到地球。隨著我們世界中太陽輻照度的降低,即使溫室氣體濃度目前升高(並且仍在上升),溫度也是可以控制的。

當然,隨著時間的推移,地球大氣層將繼續吸收更多的熱量,隨著我們的溫室氣體排放繼續有增無減,地球大氣會逐漸變厚。但是,正如你需要更厚毛毯來保持相同的舒適溫度,當地球環境溫度更冷時,我們也可以採用同樣的方法來控制環境溫度。

  • 圖注:地球上的日食是可能的,每當月球與新月與地球-太陽平面對齊時就會發生。這也許是一個阻止太陽光到達地球的天文物體最著名的例子。然而,一個物體可能更小或更遙遠,在那裡它將不會在我們的星球上投下陰影,但它仍然會減少陽光撞擊我們的世界的數量。

如果我們想要完全抵消人類造成的全球變暖的累積效應,我們只需要將太陽光連續到達地球的大約2%的光線阻擋。雖然這些能量巨大,但宇宙在將阻擋或偏轉陽光作為氣候解決方案時,給予我們一些免費幫助。

在地球和太陽之間,有一個引力準穩定的點,地球和太陽的引力共同作用使位於那裡的任何物體全年都保持與地球-太陽相同的相對位置:拉格朗日點。雖然實際上共有5個拉格朗日點,但L1點是最有趣的,因為放置在L1的物體將始終停留在地球和太陽之間,攔截一部分發射的太陽光,否則就會到達地球。

圖注:地球-太陽系統有效潛力的等值圖。物體可以繞地球運行一個穩定的月球狀軌道,也可以位於地球前後的準穩定軌道中,或兩者交替運行( 或交替)。L1、L2 和 L3 點是不穩定平衡點,但圍繞 L4 或 L5 點運行的物體可以無限期地保持穩定。

L1的物理位置相當遙遠:距離地球1,500,000公里。這大約是地球-月球平均距離的四倍,這意味著你需要一個比我們星球大的物理物體,才能在地球上投下陰影,完全遮擋太陽的光。但是,我們只需阻擋減少總陽光入射量的2%,阻擋,因此一系列小物體也是實現阻止或偏轉進入地球的陽光。

這有多實用?為了將地球表面的太陽光減少2%,我們必須遮擋大約2%的太陽光在L1拉格朗日點或附近向地球照射。這相當於大約100萬平方公里,相當於滿月圓盤的面積:一個巨大的覆蓋量。然而,有兩個絕妙的想法可以完全實現這一點。

  • 圖注:此圖顯示了一個在 L1 處的 凝膠的2 英尺直徑傳單的插圖。它們是透明的,但是像背景恆星所示的那樣,把透射的光模糊成一個甜甜圈。透射的太陽光也散開,所以它錯過了地球。這種去除光的方法可以避免輻射壓力,否則會以相當迅速地降低L1軌道。

1.) 在L1放置一個巨大的小型航天器群。天文學家羅傑·安吉爾(Roger Angel)提出,如果有足夠的太陽光到達地球,半徑約為1英尺(30釐米)的輕薄圓陣列可以大大減少到達地球的陽光量。

這些圓圈不會像鏡子一樣反射光線(它們會經歷巨大的輻射壓力)或直接吸收陽光(這會降低L1處的準穩定軌道),這些圓圈只會模糊通過它入射的任何陽光,大多數透射的光會錯過地球,按比例降低總輻照度。

最大的缺點是,我們需要花費16萬億美元。具體來說,要實現我們想要的削減,這將需要覆蓋450萬平方公里(4.5 × 1012平方米)。但是,如果我們想要減少表面積,我們可以提出另一種建議。

  • 圖注:此圖具有極不正確的距離刻度,顯示了空間透鏡的原理。太空透鏡的基本功能是減緩全球變暖,折射遠離地球的陽光。實際需要的透鏡將比此處顯示的更小、更薄,並且可以通過大量小鏡頭而不是一個巨大的鏡頭來完成。

2.) 在L1軌道上放置一個大型空間透鏡(或一系列較小的鏡頭)。早在1989年,James Thes就提出了這樣的方案,這種裝置像幾毫米厚的玻璃罩一樣簡單,可以充當透鏡,將大量陽光擴散到遠離地球的地方。由於透鏡能有效地導致太陽的平行光線分叉(或短暫收斂,然後分叉),完成這項工作只需約100萬平方公里(1 ×10^12平方米)的覆蓋。

它也不一定是單一鏡頭,因為一系列較小的空間鏡頭可以達到相同的目標。鏡頭越小,你需要的鏡片就越多,但它是一種低風險、高回報的選擇,因為任何出錯對地球的危害幾乎為零。

  • 圖注:獵鷹重型於2018年2月6日首次發射,取得了巨大成功。火箭到達低地球軌道,成功部署了有效載荷,主助推器返回肯尼迪角,在那裡成功著陸。可重複使用的重型運載火箭的承諾現已成為現實,並可能將發射成本降至1000美元/磅(1磅=0.453592千克)。隨著成本的不斷下降,廣泛的空間基礎設施成為一種更為現實的可能性。

但是,這兩種潛在解決方案都有一些缺點:它們非常昂貴,並且解決方案是暫時的。我們有向L1發射物體的經驗,因為我們的大多數太陽觀測衛星都位於那裡。但是,向太空發送大質量是非常困難的,而這正是這裡所需要的。如果我們考慮一系列薄膜圈的較輕建議,每個圓只有1/5000英寸(1英寸=25.4釐米),重量只有1克,那仍然相當於2000萬噸的質量。

以目前的發射成本,我們將花費數萬億美元來啟動一個陣列到L1。有理由希望,隨著可重複使用的發射技術變得更加可靠,到2020年底,這可能將發射成本降低到1萬億以下,使其比目前許多在地面應對氣候變化的提案更加可行。然而,一旦我們將這些航天器送入L1,還有另一個問題:它們的軌道將衰變。

  • 圖注:美國宇航局早在20世紀70年代就設想了一顆太陽能衛星。如果將一系列太陽能衛星放置在L1,它們不僅可以阻擋一些陽光,而且可以為其他用途提供可用電力。然而,L1不是一個穩定的點,放置在那裡的衛星要麼必須持續提升,要麼看到其軌道混亂地衰變。

向L4或L5發射的衛星將處於穩定軌道,可以持續一段時間,而發射到L1、L2或L3的衛星則處於準穩定軌道。沒有任何干預,即使理想的軌道插入,它們也會在僅僅幾年的時間尺度上偏離並脫離其理想位置。

維護它們的唯一方法是:

  • 推動它們,這需要自我推進技術裝備它們,
  • 維護它們,需要維護髮射上升和重新調整它們的軌道,
  • 或簡單地替換它們,這意味著我們需要不斷推出新的,以取代那些漂移遮陽裝置。

如果我們能通過一次性的太空投資來抵消全球氣候變化,那將是一個了不起的成就,但由於引力的工作方式,即使把陽光遮擋在陽光到來之前,也需要大量的持續維護投資。

  • 圖注:只要有溫度記錄,地球溫度平均每十年變暖0.07° C,地球溫度不僅上升,而且繼續上升,沒有任何緩解。除非我們大幅度和迅速地減少溫室氣體的排放,否則我們可能被迫採用地球工程解決方案來解決氣候變化問題。

然而,儘管如此,對於這一切,這可能是最經濟的解決方案,全球變暖的問題。隨著發射成本的不斷下降,隨著我們在第一次嘗試時更好地將我們的衛星置於其理想軌道,以及當我們開發人工智能和新的太空技術,如電子驅動和太陽帆時,我們可以減輕其不良影響。

全球變暖每十年只有幾萬億美元。此外,攔截和偏轉進入的太陽光的解決方案是地球工程的一個理念,不會對地球產生長期的負面環境影響。與向大氣中添加化學物質、戰略性地向天空或海洋注入微粒或雲核場或將衛星置於低地球軌道不同,這不會改變地球本身,只是在到達地球之前進入的太陽光。

隨著地球持續變暖,溫室氣體水平繼續上升,許多人對缺乏應對氣候變化影響的有效戰略感到遺憾。雖然海洋酸化和其他溫室氣體增加引起的其他問題將無濟於事,但解決氣候變暖問題的辦法可能在於空間遮陽,這一想法的成本簡直就是天文數字,但隨著時間的推移,它的成本還在繼續下降。我們等待行動的時間越長,這種獨特的地球工程解決方案就越有說服力。


科技領航人


純理論分析,確實可行,但也僅僅是理論上的可行而已,實際上是不可行的。

這種問題就相當於阿基米德的這種言論:給我一個支點和足夠長的棍子,我能翹起整個地球。我們不要對他這種言論太在意,需要明白阿基米德說這句話到底想表達什麼意思,說白了就是槓桿原理。

在炎熱的夏天,很多人會用到遮陽傘,這樣一方面可以減少紫外線傷害,還可以讓我們不至於暴曬在太陽下變得更熱。而問題中的“太空遮陽傘”也就是大號的遮陽傘罷了。如果能遮擋到達地球的太陽光,當然可以應對全球變暖。

這也是為什麼晚上的溫度會比白天的溫度低,因為晚上幾乎接受不到任何太陽光,等多接受到來自月球反射的太陽光而已。

我們需要明白為何會全球變暖,主要是人類活動造成的,人類發展過程中排放的溫室氣體鎖住了太陽熱量,就像蓋在地球上厚厚的棉被那樣,熱量很難散發到太空中,所以全球會變暖。

從理論角度太空遮陽傘確實可行,其實就是小號的“戴森球”,包括住地球的戴森球。如果人類擁有了建造戴森球的科技水平,顯然我們早就擁有了更高級的能量來源,從人類自身控制全球變暖顯然會更加容易!


宇宙探索


科學角度當然可行,只是實際操作不行。建立遮陽傘是從熱量來源控制,減少總的熱量獲取,也就可以降低地球溫度。不過這也是

指標不治本

全球變暖主因

老生常談,溫室效應指的是二氧化碳,甲烷等氣體在大氣層中濃度過高,在地球周圍形成了一層厚厚的外衣,導致地球的熱量無法正常消散,致使全球溫度升高的一種現象。

全球變暖很大因素是由於溫室效應導致的。隨著科學技術的發展,工業的進步,對於土地需求日益增加,吸收溫室氣體的主力軍森林面積日益減少,與此相反,二氧化碳等溫室氣體排放量增加,導致全球變暖加具。

太空遮陽傘構想

太空遮陽傘的構想源於人們在夏天天氣炎熱的時候,都會打上一把遮陽傘的生活方式。遮陽傘能很大程度上減少我們的熱量獲取。於是很早的時候就有人提出,建立一個足以覆蓋大部分地球的巨型遮陽傘。這個傘具有這些特點。

1、傘面能自動收縮,可以由人類控制傘葉的覆蓋面積。也就可以根據各個地區的實際情況來降低或者提高當地溫度,用來滿足各項生產生活需求。

2、傘面塗裝太陽能轉換材料。如此巨大的太陽能量如果被我利用起來將是非常有用的能源。如果傘面本身就是一個太陽能裝置,那麼運行傘葉的巨大能量來源也就有了一部分保障。

太空遮陽傘是從根本上解決地球熱量的來源,對於全球變暖有著立竿見影的效果。但是實際建造確不可能。

實際操作無能為力

足夠覆蓋大部分地球的巨型遮陽傘,建造的困難度是極大的,是一項不可能的任務。

1、鉅額資金哪裡來

生活中建一條路,一座橋都需要鉅額資金。這樣一個從地球到太空,穿越地球大氣層的工程,覆蓋大部分地球的面積,舉國之力也不可能做到。此外工程材料的選用,設計計算。人力物力成本等等都是需要考慮的問題。

2、誰來建造

問題擺在這裡,哪個國家會去做呢?其實如果不聯合全球力量,這也是僅僅靠某個國家無法做到的。哪怕是美國。如果說服全球的國家去完成這樣的工程,各個國家資源的分配管理,指揮官的任命都是需要考慮的。

3、得不償失

建立這樣的遮陽傘會使全球經濟倒退數十年,僅僅為了降低一點地球溫度。目前全球變暖對我們的實際影響其實是毫無必要去建造這樣的遮陽傘的。想想我們平常工作,生活有收到全球變暖影響嗎。當然是沒有,這樣的工作無疑是得不償失。

需要從源頭控制

全球變暖源頭還是我們人類的行為。我們需要發展,需要進步。在這個過程中,對於地球的影響是無法避免的,但是我們可以儘量的去控制減少某些讓全球變暖的一些因素這些事,是我們可以做到的。比起建立太空遮陽傘更加的符合實際。

總結

治理全球變暖並不是一個一蹴而就的過程,我們在控制全球變暖的時候,也是是一個全球,人們齊心協力,循序漸進的過程。

我們不能一口氣吃個胖子。另外更重要的是如果不從根本上解決問題,那麼不亞於放任自流,這樣的結果也是我們不願意看到的。


拉希克的科學世界


人類為滿足自己無止境的需求。已給大自然造成了很大的破壞。應該去改變自己錯誤的做法。不能再給自然添亂了。如,現在咱們國家已犧牲大量資金去解決減排和綠化等問題。這就是真正解決全球變暖問題的方向。如果再將磁動力開發起來就更好了。謝謝組織的遨請!


艾淑華33


理論上是可行的,類似阿基米德說給他一根撬棍,他能挑起整個地球。


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