W mroźny zimowy dzień ciepło słońca jest mile widziane. Jednak w miarę jak ludzkość emituje coraz więcej gazów cieplarnianych, atmosfera ziemska zatrzymuje coraz więcej energii słonecznej i stale podnosi temperaturę na Ziemi. Jedną ze strategii odwrócenia tego trendu jest przechwytywanie ułamka światła słonecznego, zanim dotrze ono do naszej planety. Przez dziesięciolecia naukowcy rozważali użycie ekranów, przedmiotów lub cząsteczek kurzu, aby zablokować wystarczającą ilość promieniowania słonecznego – od 1 do 2% – aby złagodzić skutki globalnego ocieplenia.
Badanie przeprowadzone przez University of Utah zbadało potencjał wykorzystania pyłu do osłony przed światłem słonecznym. Przeanalizowali różne właściwości cząstek pyłu, ilości pyłu i orbity, które najlepiej nadawałyby się do zacieniania Ziemi. Autorzy stwierdzili, że wystrzelenie pyłu z Ziemi do stacji przesiadkowej w „Punkcie Lagrange’a” między Ziemią a Słońcem (L1) byłoby najbardziej efektywne, ale wymagałoby astronomicznych kosztów i wysiłku. Alternatywą jest użycie pyłu księżycowego. Autorzy argumentują, że zamiast tego wystrzelenie pyłu księżycowego z Księżyca może być tanim i skutecznym sposobem na zacienienie Ziemi.
Zespół astronomów zastosował technikę używaną do badania formowania się planet wokół odległych gwiazd, co jest ich zwykłym celem badawczym. Formowanie się planet to chaotyczny proces, w wyniku którego wzbija się dużo pyłu astronomicznego, który może tworzyć pierścienie wokół gwiazdy macierzystej. Pierścienie te przechwytują światło z gwiazdy centralnej i emitują je ponownie w sposób, który możemy wykryć na Ziemi. Jednym ze sposobów odkrywania gwiazd tworzących nowe planety jest poszukiwanie tych pyłowych pierścieni.
„To było ziarno pomysłu; gdybyśmy wzięli niewielką ilość materiału i umieścili go na specjalnej orbicie między Ziemią a Słońcem i rozbili go, moglibyśmy zablokować dużo światła słonecznego przy niewielkiej ilości masy, ” powiedział Ben Bromley, profesor fizyki i astronomii oraz główny autor badania.
„To niesamowite zastanawiać się, w jaki sposób pył księżycowy – którego wytworzenie zajęło ponad cztery miliardy lat – może pomóc spowolnić wzrost temperatury na Ziemi, problem, którego wytworzenie zajęło nam mniej niż 300 lat” – powiedział Scott Kenyon, współautor badania Centrum Astrofizyki | Harvarda i Smithsona.
Artykuł został opublikowany w środę, 8 lutego 2023 r., w czasopiśmie PLOS Climate.
Rzucanie cienia
Ogólna skuteczność tarczy zależy od jej zdolności do utrzymania orbity, która rzuca cień na Ziemię. Sameer Khan, student studiów licencjackich i współautor badania, poprowadził wstępną eksplorację, w której orbity mogą utrzymywać pył na miejscu wystarczająco długo, aby zapewnić odpowiednie zacienienie. Praca Khana pokazała, jak trudno jest utrzymać kurz tam, gdzie jest potrzebny.
„Ponieważ znamy pozycje i masy głównych ciał niebieskich w naszym Układzie Słonecznym, możemy po prostu wykorzystać prawa grawitacji do śledzenia pozycji symulowanej osłony słonecznej w czasie na kilku różnych orbitach” – powiedział Khan.
Obiecujące były dwa scenariusze. W pierwszym scenariuszu autorzy umieścili platformę kosmiczną w punkcie L1 Lagrange’a, najbliższym punkcie między Ziemią a Słońcem, w którym siły grawitacyjne są zrównoważone. Obiekty w punktach Lagrange’a zwykle pozostają na ścieżce między dwoma ciałami niebieskimi, dlatego Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) znajduje się w L2, punkcie Lagrange’a po przeciwnej stronie Ziemi.
W symulacjach komputerowych naukowcy wystrzelili cząstki testowe wzdłuż orbity L1, w tym położenie Ziemi, Słońca, Księżyca i innych planet Układu Słonecznego, i śledzili, gdzie cząstki się rozproszyły. Autorzy stwierdzili, że precyzyjnie wystrzelony pył podążałby ścieżką między Ziemią a Słońcem, skutecznie tworząc cień, przynajmniej na jakiś czas. W przeciwieństwie do ważącego 13 000 funtów JWST, pył został z łatwością zdmuchnięty z kursu przez wiatry słoneczne, promieniowanie i grawitację w Układzie Słonecznym. Każda platforma L1 musiałaby tworzyć niekończące się zapasy nowych porcji pyłu, aby wystrzeliwać je na orbitę co kilka dni po rozproszeniu początkowej mgły.
„Trudno było utrzymać tarczę w L1 wystarczająco długo, aby rzucić znaczący cień. Nie powinno to jednak dziwić, ponieważ L1 jest niestabilnym punktem równowagi. Nawet najmniejsze odchylenie orbity osłony przeciwsłonecznej może spowodować szybko dryfował z miejsca, więc nasze symulacje musiały być niezwykle precyzyjne” – powiedział Khan.
W drugim scenariuszu autorzy wystrzelili księżycowy pył z powierzchni księżyca w kierunku słońca. Odkryli, że nieodłączne właściwości pyłu księżycowego były odpowiednie, aby skutecznie działać jako osłona przeciwsłoneczna. Symulacje sprawdzały, w jaki sposób pył księżycowy rozpraszał się wzdłuż różnych kursów, aż do znalezienia doskonałych trajektorii skierowanych w kierunku L1, które służyły jako skuteczna osłona przeciwsłoneczna. Wyniki te są dobrą wiadomością, ponieważ do wystrzelenia pyłu z Księżyca potrzeba znacznie mniej energii niż z Ziemi. Jest to ważne, ponieważ ilość pyłu w osłonie słonecznej jest duża, porównywalna z wydajnością dużej operacji wydobywczej tutaj na Ziemi. Co więcej, odkrycie nowych trajektorii osłaniających słońce oznacza, że dostarczanie pyłu księżycowego na oddzielną platformę w L1 może nie być konieczne.
Tylko strzał w księżyc?
Autorzy podkreślają, że niniejsze badanie bada jedynie potencjalny wpływ tej strategii, a nie ocenia, czy te scenariusze są logistycznie wykonalne.
„Nie jesteśmy ekspertami w dziedzinie zmian klimatu ani nauki o rakietach potrzebnych do przenoszenia masy z jednego miejsca w drugie. Po prostu badamy różne rodzaje pyłu na różnych orbitach, aby zobaczyć, jak skuteczne może być to podejście. nie chcę przegapić przełomu w przypadku tak krytycznego problemu” — powiedział Bromley.
Jedno z największych wyzwań logistycznych – uzupełnianie strumieni pyłu co kilka dni – ma też swoje zalety. W końcu promieniowanie słoneczne rozprasza cząsteczki pyłu w całym Układzie Słonecznym; osłona przeciwsłoneczna jest tymczasowa, a cząstki osłony nie spadają na Ziemię. Autorzy zapewniają, że ich podejście nie doprowadzi do powstania wiecznie zimnej, nienadającej się do zamieszkania planety, jak w opowiadaniu science fiction „Snowpiercer”.
„Nasza strategia może być opcją w walce ze zmianami klimatycznymi”, powiedział Bromley, „jeśli potrzebujemy więcej czasu”.