我們能建立一個巨大的“太空遮陽傘”來遏制全球變暖嗎？

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地球的平均氣溫在不斷升高已經成了一個公認的事實，而到了2020年，推動地球變暖的溫室氣體的濃度還在持續增加。

如果我們想讓地球降溫，也許是時候想想其他辦法了，而不是單純地倡導清潔，綠色能源並結束對化石燃料的依賴了。或許，我們應該考慮採用地球工程解決方案，例如進入太空並在地球和太陽之間利用一些東西攔截部分射向地球的太陽光。

這就是今天的問題，有人提出：

如果全球變暖是一個至關重要的問題，爲什麼我們不做一些“便宜”和“簡單”的事情，例如在拉格朗日點建立一個“遮陽傘”呢？

這是一個很有潛力的聰明主意。讓我們仔細看看。

首先，我們來計算一下地球的理論平均溫度，很簡單的幾個步驟就能搞定：

確定太陽產生的平均太陽總輻射量，測量地球與太陽之間的距離，以確定到達地球的陽光量，計算出地球的反照率或反射率，以確定吸收了多少能量與反射了多少能量，然後將所有這些成分放在一起以計算地球的平均溫度。這個我在前面的文章裏做過說明，計算結果是-18°C。

而事實是，這個值與實際情況相去甚遠。地球的平均溫度要比這溫暖得多，一般可以達到33°C。

當然，這完全是出於與太陽無關的原因。這種額外的溫度升高是由於地球大氣層的絕緣作用所致，它不僅反射或傳輸來自太陽的入射輻射，而且還反射地球表面反射出去的輻射。

在沒有大氣的情況下，太陽光會進入，被反射或吸收，然後吸收的熱量作爲紅外線重新輻射。但是在大氣中，某些紅外光會被吸收或重新反射回地球表面，特別是由於存在水蒸氣，二氧化碳和甲烷這三種氣體，在整個星球上的作用就像毯子一樣：它們限制了地球熱量向太空逸出的能力。

而且自工業革命爆發以來，人類已經使地球上的二氧化碳濃度急劇上升；目前比18世紀中葉高出50％以上。

在確定地球溫度時，還有許多其他複雜的作用，但到目前爲止，這兩個基本的因素是最重要的：太陽到達地球的能量以及地球（主要是由於其大氣層）保留能量的能力。

40多年來，科學家們瞭解到，人爲造成的溫室氣體濃度增加是全球變暖和氣候變化的驅動力，但減少這些排放的努力並未取得成功。

現在是2020年，溫室氣體排放調控收效甚微使許多人開始考慮採用地球工程解決方案。雖然大多數地球工程學的想法都涉及改變地球的大氣層或地表，但風險最小的選擇還是：在太陽的光到達地球之前先對其進行攔截。

也就是說，給地球造一個“遮陽傘”是完全可行的。

最簡單的方法是將一些物體發射到遠離地球的太空中，但又要讓他處於地球與太陽之間，以攔截一部分入射到地球的陽光。在地球接收到的太陽輻射較低的情況下，即使當前溫室氣體的濃度很高（並且還在升高），我們也可以控制溫度。

當然，隨着時間的流逝，地球的大氣層還將儲存捕獲更多的熱量，隨着我們的溫室氣體排放量不斷增加，其行爲還是像越來越厚的毯子一樣。

但是，就像您需要更多、更厚的毯子以在環境溫度較低時保持相同的舒適溫度一樣，當毯子太厚時，我們也可以設法降低環境溫度，只要與更換毯子相比能更加簡單，我們就應該這樣做。

如果我們想完全抵消迄今爲止人類造成的全球變暖的累積影響，我們只需要遮擋通常連續不斷到達地球的大約2％的太陽光即可。雖然聽起來不多，但實際上也是很巨大的能量，不過宇宙爲我們免費提供了一些幫助，可以更容易的實現將太陽光阻擋或偏轉作爲氣候解決方案。

那就是在地球和太陽之間有一個重力準穩定點，在該點處，地球和太陽的重力共同作用，使位於該處的任何物體都能終年保持在地球與太陽之間的一個相對位置：拉格朗日點。儘管實際上總共有5個拉格朗日點，但L1（下文都用L1~5來表示五個拉格朗日點）點最有趣，因爲放置在L1處的物體將始終保留在地球和太陽之間，截取了本來會到達地球的一部分日光。

L1的物理位置非常遙遠：距離地球1,500,000公里。這大約是地球與月球平均距離的四倍，這也意味着我們需要一個比地球大的物體才能在地球上投射陰影並完全阻擋太陽的光。

不過幸運的是，用一系列小物體阻擋或偏轉入射的陽光，只要總減少量總計達到2％，也可以完成這項工作。

接下來我們就要考慮，爲了將我們在地球表面接收到的陽光減少2％，我們必須在L1拉格朗日點或附近攔截大約2％朝向地球的陽光。這需要攔截面積達到約100萬平方公里，相當於滿月盤的面積，即需要覆蓋的巨大空間。但是，有了上面的分析，我們就有兩個絕妙的想法可以完成此任務。

1.）在L1的位置放置巨大的小型航天器組。這是天文學家羅傑·安吉爾（Roger Angel）的提議，如果數量足夠大，一系列輕巧的半徑大約1英尺（30釐米）的圓形小航天器就可以顯着減少到達地球的陽光量。

這些圓圈不會像鏡子那樣反射光（但它們會承受很大的輻射壓力），也不是直接吸收陽光（這會降低L1處的準穩定軌道），而是使通過它透射的任何陽光都變得模糊。然後，大多數透射光會錯過地球，從而成比例地降低了總輻照度。

這個想法最大的缺點是我們需要很多航天器：具體而言，要達到我們想要的減少量，需要16萬億個。如果我們想減少數量，可以提出一個替代方案。

2.）在L1的軌道上放置一個大空間透鏡（或一系列較小的透鏡）。這是詹姆斯·厄爾（James Early）在1989年提出的建議，像幾毫米厚的玻璃罩這樣簡單的設備就可以充當透鏡，它將大量的陽光從地球上散射出去。由於透鏡能夠有效地使太陽的平行光線發散（或短暫會聚然後發散），因此只有大約100萬平方公里（1×10 12 m 2）的覆蓋範圍可以完成這項工作。

也不必是一個透鏡，因爲一組較小的空間透鏡可以實現相同的目標。鏡頭越小，您需要的鏡頭就越多，但這是低風險，高回報的選擇，因爲任何意外情況對地球的危害幾乎爲零。

但是，這兩種潛在的解決方案都有一些缺點：它們非常昂貴，並且該解決方案是臨時的。我們有向L1發射物體的經驗，因爲我們的大多數太陽觀測衛星都位於那裏。但是我們還是很難將大量物體傳送到太空，這就是問題所在。如果我們考慮一系列較薄的薄膜圈的更輕巧的提議，假設每個薄膜圈的厚度僅爲1/5000英寸，重量僅爲1克，那仍將是約2000萬噸的質量。

考慮到當前的發射成本，我們將花費數萬億美元向L1發射陣列。不過我們有理由相信，隨着可重複使用的發射技術變得更加可靠，到2020年末，這哥發射成本可能會降低到不到一萬億美元，這使其比許多現有的應對氣候變化的提議更加可行。

但是，一旦我們將這些航天器送入L1軌道，就會出現另一個問題：它們的軌道將會逐漸跌落。

發射到L4或L5的衛星將處於可以持續萬年的穩定軌道，而發射到L1，L2或L3的衛星則處於準穩定軌道。即使沒有其他的軌道插入，也沒有任何干預，它們也將在短短几年內漂移並偏離理想位置。而維護它們軌道的有限的幾個方法是：

升級透鏡組，這需要爲他們配備自我推進技術，這就是方案一了；後期對透鏡組進行調整，這需要對他們進行維護髮射並重新調整軌道；或簡單的替換透鏡組，這意味着我們需要不斷髮射新的透鏡以替換那些漸漸偏離的透鏡。如果我們可以通過對太空的一次性投資來抵制全球氣候變化，那將是一項非凡的成就，但是由於重力的作用方式，即使在阻擋日光照射之前的想法也需要在維護方面進行大量的持續投資。