世界好像越来越热了……给地球撑一把“太阳伞如何？

摘自：课堂内外初中版·科学少年 2023 年 8 月第 3 周刊（总第 1153 期） 文/太空僧 编辑/山雨

世界气象组织预计，全球气温将在未来五年内不断刷新纪录。世界好像变得越来越热了，而地球的热量大部分都来自太阳。为了降温，能不能给地球挡住一部分太阳光呢？这样的“脑洞”似乎很疯狂，但还真有科学家想出了不少奇异的点子。

方案一：在大气层打把伞

火山喷发，是自然给地球打的一把伞
1991年菲律宾皮纳图博火山爆发，喷射出的火山灰迅速扩散，把天空遮蔽起来，就像给地面打上一把巨大的太阳伞，大大减少了到达地表的太阳光，还能把太阳辐射的能量向太空反射回去。这场火山爆发，意外使得北半球的平均温度在随后的15个月里下降了约0.5℃。

1906年-2005年，大气层中的硫酸盐气溶胶让地表附的温度下降了0.54-0.22℃。

同一时期由于二氧化碳等温室气体的排放，使大气的保温作用增强，地表温度上升了0.87-1.22℃。

火山灰里有什么？

火山喷出的物质里面含有大量二氧化硫等挥发物质。硫化物冲上20千米的高空，会被氧化成硫酸盐小颗粒，变成漂浮的气溶胶状态。

也就是说，一百年间，地球上的大型火山爆发向大气平流层注入的气溶胶，部分抵消了同一时期的温室效应。但火山爆发是偶尔发生的自然事件，而且造成的灾害很大，所以不能依靠火山喷发来达到给地球降温的目的。

人为模仿火山喷发的效果，可以吗?

既然气溶胶遮挡阳光可以降温，那么我们可以往大气层里人工注入气溶胶吗?

早在 2017年，哈佛大学的一个研究团队就启动了一个科研项目，想搞清楚利用高空气球主动往大气的平流层播撒颗粒物，会产生什么样的作用，又有哪些潜在危害。而最引人瞩目的，要属欧盟发起的“太阳地球工程”。他们设想在距离地面约20千米的高空，用喷气式飞机将少量碳酸钙或硫酸盐气溶胶颗粒物播撒到大气中，就如同火山喷发产生的雾霾一样。

方案分析

优点：

•无论气溶胶颗粒物还是投放的载具，成本都不算高昂。

•抵达平流层的难度不高，花费时间少，还能快速起效。

•可以在特定地区的上空进行，颗粒物停留时间有限，不会造成永久遮蔽。

缺点：

•人为操纵遮挡阳光，可能引起气候恶化，改变风向和降雨量。

•在被遮挡阳光的地区，农作物或许会遭遇减产。

•飘浮在空气中的气溶胶粒子可能被吸入肺中，对人类健康构成威胁。

方案二：在外太空打把伞

比气溶胶计划更疯狂的，是“地球盾计划”。
所谓“地球盾计划”，就是往宇宙中发射一个类似于盾牌的东西，挡在太阳与地球之间，减少太阳对地球的照射。

地球盾要放在哪里?

这个盾牌必须在地球围绕太阳公转时，依然保持在地球与太阳之间，与地球和太阳保持相对静止。天体物理学家通过计算得出，这个盾牌只能放在唯一一个被称为“拉格朗日点L1”的地点。这个点位于太阳和地球的连线上，距离地球约150万千米。

在这一点上，盾牌可以几乎不消耗燃料，自动保持在太阳与地球的连线之间，并随地球一起公转。这就像在太空中给地球打了一把遮阳伞。

盾牌会挡住什么地方?

我们并不需要遮挡所有太阳光，只需要遮挡其中一部分，使地球接收的太阳辐射保持在一个合理范围内。考虑到盾牌放置在地球和太阳之间，因此它遮蔽的区域应该是在赤道附，随着太阳直射点在南北回归线之间移动。

盾牌需要造多大?

假设盾牌是一个圆形，想让地表平均温度下降5℃，它的直径要达到1400多千米，相当于从哈尔滨到广州的距离。它的面积将达到650万平方千米，比一半中国国土的面积还要大。

这样的盾牌有多重?

要把这么巨大的人造物运到太空中去，最可行的办法是用最轻最薄的材料去制造它，但透光率又不能太高，否则效果就会打折扣。同时这种材料还要能承受太空的严寒和高温，并且在微小陨石的攻击下也不会变形。

詹姆斯·韦布望远镜用来遮阳的结构，用的是只有头发丝那么厚的聚酰亚胺薄膜，上面还加上了硅和铝的涂层。假设地球盾也采用类似的设计，那么它的质量将至少在1000吨以上，相当于160 多个韦布望远镜。要把如此的庞然大物发射到遥远的拉格朗日点组装起来，是不敢想象的巨大工程，这个“脑洞”十分昂贵。

方案分析：

优点：

•地球盾在安装好以后，将会长期有效，除了维修不需要再次大规模操作。

•可以通过遥控改变盾牌上各个反射面的角度，主动调节到达地球的阳光。

缺点：

•要将如此巨大的工程安装到远离地球的太空中，单是材料的运送就要很多次，建造和发射成本非常高，后期维护也十分昂贵。

•工程实施的难度很高，不是哪一个国家能独自负担的，需要国际合作。

•由于遮挡的阳光会对地球许多地区造成影响，可能引起国际纠纷。

想一想:

面对越来越炎热的气候，你还有什么脑洞大开的降温计划吗?