摘自：課堂內外初中版·科學少年 2023 年 8 月第 3 周刊（總第 1153 期） 文/太空僧 編輯/山雨
世界氣象組織預計，全球氣溫將在未來五年內不斷刷新紀錄。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，但還真有科學家想出了不少奇異的點子。
方案一：在大氣層打把傘
火山噴發，是自然給地球打的一把傘
1991年菲律賓皮納圖博火山爆發，噴射出的火山灰迅速擴散，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，意外使得北半球的平均溫度在隨后的15個月里下降了約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，地表溫度上升了0.87-1.22℃。
火山灰里有什么？
火山噴出的物質里面含有大量二氧化硫等揮發物質。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。
也就是說，一百年間，地球上的大型火山爆發向大氣平流層注入的氣溶膠，部分抵消了同一時期的溫室效應。但火山爆發是偶爾發生的自然事件，而且造成的災害很大，所以不能依靠火山噴發來達到給地球降溫的目的。
人為模仿火山噴發的效果，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，哈佛大學的一個研究團隊就啟動了一個科研項目，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，要屬歐盟發起的“太陽地球工程”。他們設想在距離地面約20千米的高空，用噴氣式飛機將少量碳酸鈣或硫酸鹽氣溶膠顆粒物播撒到大氣中，就如同火山噴發產生的霧霾一樣。
方案分析
優點：
?無論氣溶膠顆粒物還是投放的載具，成本都不算高昂。
?抵達平流層的難度不高，花費時間少，還能快速起效。
?可以在特定地區的上空進行，顆粒物停留時間有限，不會造成永久遮蔽。
缺點：
?人為操縱遮擋陽光，可能引起氣候惡化，改變風向和降雨量。
?在被遮擋陽光的地區，農作物或許會遭遇減產。
?飄浮在空氣中的氣溶膠粒子可能被吸入肺中，對人類健康構成威脅。
方案二：在外太空打把傘
比氣溶膠計劃更瘋狂的，是“地球盾計劃”。
所謂“地球盾計劃”，就是往宇宙中發射一個類似于盾牌的東西，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?
這個盾牌必須在地球圍繞太陽公轉時，依然保持在地球與太陽之間，與地球和太陽保持相對靜止。天體物理學家通過計算得出，這個盾牌只能放在唯一一個被稱為“拉格朗日點L1”的地點。這個點位于太陽和地球的連線上，距離地球約150萬千米。
在這一點上，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。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合理范圍內。考慮到盾牌放置在地球和太陽之間，因此它遮蔽的區域應該是在赤道附近，隨著太陽直射點在南北回歸線之間移動。
盾牌需要造多大?
假設盾牌是一個圓形，想讓地表平均溫度下降5℃，它的直徑要達到1400多千米，相當于從哈爾濱到廣州的距離。它的面積將達到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。同時這種材料還要能承受太空的嚴寒和高溫，并且在微小隕石的攻擊下也不會變形。
詹姆斯·韋布望遠鏡用來遮陽的結構，用的是只有頭發絲那么厚的聚酰亞胺薄膜，上面還加上了硅和鋁的涂層。假設地球盾也采用類似的設計，那么它的質量將至少在1000噸以上，相當于160 多個韋布望遠鏡。要把如此的龐然大物發射到遙遠的拉格朗日點組裝起來，是不敢想象的巨大工程，這個“腦洞”十分昂貴。
方案分析：
優點：
?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模操作。
?可以通過遙控改變盾牌上各個反射面的角度，主動調節到達地球的陽光。
缺點：
?要將如此巨大的工程安裝到遠離地球的太空中，單是材料的運送就要很多次，建造和發射成本非常高，后期維護也十分昂貴。
?工程實施的難度很高，不是哪一個國家能獨自負擔的，需要國際合作。
?由于遮擋的陽光會對地球許多地區造成影響，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劃嗎?
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