ПриродаТехнологии

Исследователи предлагают разместить в космосе "пузырьковый экран" для борьбы с глобальным потеплением


Засухи, экстремальные волны жары и крупные пожары сегодня поражают весь мир. Этим летом многие города побили свои летние температурные рекорды. Несмотря на международные усилия по борьбе с глобальным потеплением, возможно, мы уже достигли точки невозврата? Что если мы не сможем удержать рост температуры ниже +2 °C? В этом случае ученые работают над решениями "последнего шанса", геоинженерными решениями, которые могут ограничить ущерб или даже обратить вспять изменение климата.

Геоинженерия — это термин, используемый для описания всех методов, применяемых для манипулирования климатом и окружающей средой Земли. Вдохновленная идеей, предложенной астрономом Робертом Энджелом, команда Массачусетского технологического института в настоящее время работает над концепцией солнечного щита, который будет ослаблять солнечное излучение, достигающее нашей планеты. Если усилий по сокращению выбросов CO2 недостаточно, чтобы обратить вспять изменение климата, необходимо будет действовать непосредственно в отношении нашего основного источника тепла.

Проект под названием "Космические пузыри" состоит из гигантского плота замороженных пузырей (размером примерно с Бразилию, по словам команды), который будет расположен в точке Лагранжа L1, между Солнцем и Землей. Конструкция будет спроектирована таким образом, чтобы отражать часть солнечного света. Преимущество этого подхода перед другими проектами геоинженерии — такими как растворение химических веществ в стратосфере для увеличения ее альбедо — заключается в том, что он не окажет прямого воздействия на биосферу Земли.

Тонкопленочные пузырьки выдуваются прямо в космос

Солнечная геоинженерия мало изучена. В 1989 году Джеймс Эрли представил в журнале Британского межпланетного общества концепцию "тонкого стеклянного щита" для компенсации парникового эффекта, вызванного накоплением CO2. Щит должен был быть построен из лунных материалов и размещен в первой точке Лагранжа системы Земля-Солнце для поглощения части радиации. Такой щит уменьшит падающий свет на 1,8 % - этого достаточно, чтобы обратить вспять текущее потепление. В то время существовали проблемы с количеством материала, необходимого для создания этого гигантского солнечного щита, и с энергией, необходимой для его запуска к месту назначения.

Джеймс Эрли и Роджер Энджел предложили установить тонкую поглощающую или отражающую пленку в точке Лагранжа L1, чтобы уменьшить количество солнечного излучения, достигающего Земли. Однако реализация этой концепции была сложной и неподъемной.

Основываясь на этой работе, Роджер Энджел в 2006 году разработал не один, а несколько небольших солнечных щитов. Этот рой щитов будет отклонять часть света, а не поглощать его, чтобы минимизировать смещение равновесия L1, вызванное радиационным давлением, объяснил в то время ученый. Несмотря на уменьшенную массу по сравнению с проектом Джеймса Эрли и использование электромагнитного ускорения для выхода из земного притяжения, а затем ионной тяги (для ограничения транспортных расходов), изготовление и развертывание этого роя солнечных щитов оставалось очень сложным.

С тех пор появилось еще несколько идей, но ни одна из них не вышла за рамки грубого технико-экономического обоснования. По мере того как мы постепенно приближаемся к чрезвычайному климатическому положению, команда из Массачусетского технологического института еще раз взглянула на предложение Ангела: она предлагает развернуть набор пузырьковых плотов, состоящих из сетей небольших взаимосвязанных надувных пузырей вблизи точки Лагранжа L1. "Мы считаем, что раздувание тонкопленочных сфер непосредственно в космосе из однородного расплавленного материала — такого как кремний — может обеспечить изменение толщины, которое преломляет более широкий спектр волн и позволяет нам избежать необходимости запуска больших структурных пленочных элементов", — объясняют исследователи.

Щит, который может быть установлен до конца века

Идея заключается в том, чтобы производить отражающие сферы непосредственно в космосе, что позволит ограничить транспортные расходы. Решение также будет полностью обратимым: пузырьки можно будет разрушить, просто нарушив их поверхностное равновесие, что также минимизирует количество космического мусора по сравнению с другими подходами. Поэтому она может стать одной из самых эффективных тонкопленочных структур для отклонения солнечного излучения.

(a) Расположение точки Лагранжа L1; (b) плот из пузырьков на поверхности воды; (c) замороженный тонкопленочный пузырек диаметром около 20 мм при давлении 0,0028 атм (эксперимент проведен в Массачусетском технологическом институте).

Осталось определить подходящий материал и технологию для создания и поддержания таких сфер в космосе. Команда уже протестировала изготовление пузырьков в лаборатории в условиях космического пространства; их особенно интересуют расплавленные смеси на основе кремния и ионные жидкости, усиленные графеном, которые имеют сверхнизкое давление пара и относительно низкую плотность. Тепловые и оптические свойства материалов также будут учтены в технико-экономическом обосновании.

По словам исследователей, минимальная толщина жидкой пленки, образующей пузырьки, теоретически может составлять всего 20 нанометров, но для отклонения солнечного света она должна быть сопоставима с длиной солнечной волны, которая находится в диапазоне 400-600 нанометров. Наконец, плот с пузырьками будет иметь плотность массы менее 1,5 г/м2. Его оптимальное расположение будет немного ближе к Солнцу, на расстоянии около 2,5 миллиона километров от Земли, чтобы уменьшить радиационное давление.

Прежде чем рассматривать такой проект, необходимо решить ряд вопросов. В частности, необходимо продумать уход за экраном после его установки, поскольку пузырьки будут особенно хрупкими. Важно также учитывать воздействие, которое снижение солнечной радиации окажет на нашу планету, и переходный этап, который будет необходим как при установке щита, так и при его удалении, когда в нем больше не будет необходимости. Предварительные исследования показывают, что для того, чтобы обратить вспять последствия потепления, потребуется от 50 до 200 лет активной деятельности.

По оценкам Роджера Энджела, стоимость такого проекта составляет около 0,5% от мирового ВВП в течение 50 лет. Если предварительные лабораторные эксперименты окажутся успешными, будут проведены дальнейшие исследования по усовершенствованию конструкции, а испытания будут проведены на низкой околоземной орбите. "Мы считаем, что как только будет найдено техническое решение, оно может быть реализовано до конца века", — говорят исследователи.

Подписывайтесь на нас
Back to top button