我们能建立一个巨大的“太空遮阳伞”来遏制全球变暖吗？

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地球的平均气温在不断升高已经成了一个公认的事实，而到了2020年，推动地球变暖的温室气体的浓度还在持续增加。

如果我们想让地球降温，也许是时候想想其他办法了，而不是单纯地倡导清洁，绿色能源并结束对化石燃料的依赖了。或许，我们应该考虑采用地球工程解决方案，例如进入太空并在地球和太阳之间利用一些东西拦截部分射向地球的太阳光。

这就是今天的问题，有人提出：

如果全球变暖是一个至关重要的问题，为什么我们不做一些“便宜”和“简单”的事情，例如在拉格朗日点建立一个“遮阳伞”呢？

这是一个很有潜力的聪明主意。让我们仔细看看。

首先，我们来计算一下地球的理论平均温度，很简单的几个步骤就能搞定：

确定太阳产生的平均太阳总辐射量，测量地球与太阳之间的距离，以确定到达地球的阳光量，计算出地球的反照率或反射率，以确定吸收了多少能量与反射了多少能量，然后将所有这些成分放在一起以计算地球的平均温度。这个我在前面的文章里做过说明，计算结果是-18°C。

而事实是，这个值与实际情况相去甚远。地球的平均温度要比这温暖得多，一般可以达到33°C。

当然，这完全是出于与太阳无关的原因。这种额外的温度升高是由于地球大气层的绝缘作用所致，它不仅反射或传输来自太阳的入射辐射，而且还反射地球表面反射出去的辐射。

在没有大气的情况下，太阳光会进入，被反射或吸收，然后吸收的热量作为红外线重新辐射。但是在大气中，某些红外光会被吸收或重新反射回地球表面，特别是由于存在水蒸气，二氧化碳和甲烷这三种气体，在整个星球上的作用就像毯子一样：它们限制了地球热量向太空逸出的能力。

而且自工业革命爆发以来，人类已经使地球上的二氧化碳浓度急剧上升；目前比18世纪中叶高出50％以上。

在确定地球温度时，还有许多其他复杂的作用，但到目前为止，这两个基本的因素是最重要的：太阳到达地球的能量以及地球（主要是由于其大气层）保留能量的能力。

40多年来，科学家们了解到，人为造成的温室气体浓度增加是全球变暖和气候变化的驱动力，但减少这些排放的努力并未取得成功。

现在是2020年，温室气体排放调控收效甚微使许多人开始考虑采用地球工程解决方案。虽然大多数地球工程学的想法都涉及改变地球的大气层或地表，但风险最小的选择还是：在太阳的光到达地球之前先对其进行拦截。

也就是说，给地球造一个“遮阳伞”是完全可行的。

最简单的方法是将一些物体发射到远离地球的太空中，但又要让他处于地球与太阳之间，以拦截一部分入射到地球的阳光。在地球接收到的太阳辐射较低的情况下，即使当前温室气体的浓度很高（并且还在升高），我们也可以控制温度。

当然，随着时间的流逝，地球的大气层还将储存捕获更多的热量，随着我们的温室气体排放量不断增加，其行为还是像越来越厚的毯子一样。

但是，就像您需要更多、更厚的毯子以在环境温度较低时保持相同的舒适温度一样，当毯子太厚时，我们也可以设法降低环境温度，只要与更换毯子相比能更加简单，我们就应该这样做。

如果我们想完全抵消迄今为止人类造成的全球变暖的累积影响，我们只需要遮挡通常连续不断到达地球的大约2％的太阳光即可。虽然听起来不多，但实际上也是很巨大的能量，不过宇宙为我们免费提供了一些帮助，可以更容易的实现将太阳光阻挡或偏转作为气候解决方案。

那就是在地球和太阳之间有一个重力准稳定点，在该点处，地球和太阳的重力共同作用，使位于该处的任何物体都能终年保持在地球与太阳之间的一个相对位置：拉格朗日点。尽管实际上总共有5个拉格朗日点，但L1（下文都用L1~5来表示五个拉格朗日点）点最有趣，因为放置在L1处的物体将始终保留在地球和太阳之间，截取了本来会到达地球的一部分日光。

L1的物理位置非常遥远：距离地球1,500,000公里。这大约是地球与月球平均距离的四倍，这也意味着我们需要一个比地球大的物体才能在地球上投射阴影并完全阻挡太阳的光。

不过幸运的是，用一系列小物体阻挡或偏转入射的阳光，只要总减少量总计达到2％，也可以完成这项工作。

接下来我们就要考虑，为了将我们在地球表面接收到的阳光减少2％，我们必须在L1拉格朗日点或附近拦截大约2％朝向地球的阳光。这需要拦截面积达到约100万平方公里，相当于满月盘的面积，即需要覆盖的巨大空间。但是，有了上面的分析，我们就有两个绝妙的想法可以完成此任务。

1.）在L1的位置放置巨大的小型航天器组。这是天文学家罗杰·安吉尔（Roger Angel）的提议，如果数量足够大，一系列轻巧的半径大约1英尺（30厘米）的圆形小航天器就可以显着减少到达地球的阳光量。

这些圆圈不会像镜子那样反射光（但它们会承受很大的辐射压力），也不是直接吸收阳光（这会降低L1处的准稳定轨道），而是使通过它透射的任何阳光都变得模糊。然后，大多数透射光会错过地球，从而成比例地降低了总辐照度。

这个想法最大的缺点是我们需要很多航天器：具体而言，要达到我们想要的减少量，需要16万亿个。如果我们想减少数量，可以提出一个替代方案。

2.）在L1的轨道上放置一个大空间透镜（或一系列较小的透镜）。这是詹姆斯·厄尔（James Early）在1989年提出的建议，像几毫米厚的玻璃罩这样简单的设备就可以充当透镜，它将大量的阳光从地球上散射出去。由于透镜能够有效地使太阳的平行光线发散（或短暂会聚然后发散），因此只有大约100万平方公里（1×10 12 m 2）的覆盖范围可以完成这项工作。

也不必是一个透镜，因为一组较小的空间透镜可以实现相同的目标。镜头越小，您需要的镜头就越多，但这是低风险，高回报的选择，因为任何意外情况对地球的危害几乎为零。

但是，这两种潜在的解决方案都有一些缺点：它们非常昂贵，并且该解决方案是临时的。我们有向L1发射物体的经验，因为我们的大多数太阳观测卫星都位于那里。但是我们还是很难将大量物体传送到太空，这就是问题所在。如果我们考虑一系列较薄的薄膜圈的更轻巧的提议，假设每个薄膜圈的厚度仅为1/5000英寸，重量仅为1克，那仍将是约2000万吨的质量。

考虑到当前的发射成本，我们将花费数万亿美元向L1发射阵列。不过我们有理由相信，随着可重复使用的发射技术变得更加可靠，到2020年末，这哥发射成本可能会降低到不到一万亿美元，这使其比许多现有的应对气候变化的提议更加可行。

但是，一旦我们将这些航天器送入L1轨道，就会出现另一个问题：它们的轨道将会逐渐跌落。

发射到L4或L5的卫星将处于可以持续万年的稳定轨道，而发射到L1，L2或L3的卫星则处于准稳定轨道。即使没有其他的轨道插入，也没有任何干预，它们也将在短短几年内漂移并偏离理想位置。而维护它们轨道的有限的几个方法是：

升级透镜组，这需要为他们配备自我推进技术，这就是方案一了；后期对透镜组进行调整，这需要对他们进行维护发射并重新调整轨道；或简单的替换透镜组，这意味着我们需要不断发射新的透镜以替换那些渐渐偏离的透镜。如果我们可以通过对太空的一次性投资来抵制全球气候变化，那将是一项非凡的成就，但是由于重力的作用方式，即使在阻挡日光照射之前的想法也需要在维护方面进行大量的持续投资。