圖片來源：MIT

如果地球上的碳排放逐漸超出控制，我們該如何應(yīng)對全球變暖的危機(jī)？科學(xué)家提出了一個(gè)可能的策略：直接改變外部條件，讓地球少接收一些陽光。

撰文｜孟凡瓊

審校｜王昱

近幾年，你是否感覺聽到了越來越多對于極端天氣的報(bào)道：席卷全球的熱浪、異常的降水和干旱、泛濫的野火和海平面的不斷上升。全球變暖已經(jīng)從一個(gè)預(yù)警成為了我們的現(xiàn)實(shí)，使氣候系統(tǒng)變得愈發(fā)不穩(wěn)定，嚴(yán)重危及到了人類和許多其他物種的生存。依照現(xiàn)在的趨勢，我們能夠緩解或扭轉(zhuǎn)氣候變化嗎？大多數(shù)人似乎難以給出肯定的答案。科學(xué)家已經(jīng)提出了可能的后備方案，以避免人類走向最差的結(jié)局。

作為全球變暖的主要成因，二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放量仍處于上漲的趨勢。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第六次評估報(bào)告顯示，為實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》中將全球平均氣溫升幅控制在 1.5°C 以下的目標(biāo)，在 2050 年代初就要實(shí)現(xiàn)二氧化碳凈零排放，這需要各領(lǐng)域立刻實(shí)施深度減排措施，否則達(dá)到這一目標(biāo)將再無可能。實(shí)際上，即使是在最理想的情況下，假如人類從今天開始終止一切溫室氣體的排放，由于洋流會(huì)將深海的多余熱量帶回地表，地球的溫度仍會(huì)繼續(xù)上升，在接下來的幾十年中平穩(wěn)后才會(huì)逐漸下降。因此，至少在不遠(yuǎn)的未來，解決全球變暖的任務(wù)繁重而緊迫。

1850 年至 2021 年的全球變暖條形圖，每個(gè)條形的顏色對應(yīng)某一年的全球平均溫度，顏色越暖溫度越高，顏色越深氣溫越極端。數(shù)據(jù)來自英國氣象局。圖片來源：Ed Hawkins｜University of Reading

為了解決這一問題，地球工程學(xué)（geoengineering）應(yīng)運(yùn)而生。為應(yīng)對人類造成的氣候變化，地球工程學(xué)旨在利用新技術(shù)對地球的自然系統(tǒng)進(jìn)行慎重的大規(guī)模干預(yù)。這樣的技術(shù)總體上被分為兩大類。第一類是溫室氣體消除（GGR），其目標(biāo)是從地球大氣中去除溫室氣體，如利用生物炭固化和儲(chǔ)存溫室氣體、增強(qiáng)礦物風(fēng)化和植樹造林等。另一類是太陽輻射控制（SRM），這類技術(shù)的思路有些大膽和出人意料：如果無法限制碳的排放，那么是否可以直接從源頭入手，將一小部分射向地球的陽光反射回宇宙呢？

早在 1989 年，發(fā)表于《英國星際學(xué)會(huì)》雜志的一篇論文中，詹姆斯 · 厄爾利（James Early）曾提出用月球材料制作一塊直徑 2000 千米的極薄玻璃屏障，并運(yùn)輸?shù)骄嗟厍蚣s 150 萬千米的第一拉格朗日點(diǎn)（L1）。在該位置上，太陽和地球的引力作用相抵消，因此太空屏障更加穩(wěn)定。厄爾利構(gòu)想的玻璃屏障可以阻隔約 1.8% 的射向地球的太陽輻射，預(yù)計(jì)可以在 21 世紀(jì)完全抵消產(chǎn)生的溫室氣體，逆轉(zhuǎn)全球變暖的危機(jī)。在此之上，美國天文學(xué)和光學(xué)科學(xué)家羅格 · 安赫爾（Roger Angel）在 2006 年提出了改進(jìn)的方案：為解決制造和運(yùn)輸巨型屏障的難題，可以將許多幾米寬的小型航天器連接起來，組成大的屏障。每個(gè)小型航天器配備極薄的透明光學(xué)屏障，用來偏轉(zhuǎn)太陽光。通過利用電磁加速和離子推進(jìn)，把在地球上組裝好的屏障運(yùn)輸至第一拉格朗日點(diǎn)，其預(yù)計(jì)使用時(shí)長可達(dá) 50 年。

在地球和太陽之間設(shè)置太空屏障，減少到達(dá)地球的太陽輻射。圖片來源：MIT

最近，美國麻省理工大學(xué)（MIT）的一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)在這些研究的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)新的構(gòu)想——用氣泡取代小型航天器。不僅如此，充氣的過程是在進(jìn)入外太空后才進(jìn)行，形成的氣泡將組成一塊巨大的屏障。這極大地提高了太空屏障的可行性。在初步實(shí)驗(yàn)中，為模擬外太空極寒的真空環(huán)境，研究團(tuán)隊(duì)在 0.0028 個(gè)大氣壓的條件下制造出了穩(wěn)定的冰凍氣泡，并將其維持在了 -50°C 的溫度下。目前，科學(xué)家正在對可能的充氣方式進(jìn)行研究，如利用硅基融化材料、石墨烯增強(qiáng)的離子液體或其他低蒸氣壓的融化材料形成氣泡。通過控制充氣，使氣泡膜的厚度近似于太陽光波長（約 400-600 納米），這或許能夠成為折射太陽輻射效率最高的薄膜結(jié)構(gòu)之一。

研究團(tuán)隊(duì)在 MIT 實(shí)驗(yàn)室中制造出的冰凍氣泡薄膜，直徑為 20 毫米。圖片來源：MIT

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)，這樣的氣泡薄膜在太空中展開后的大小將與巴西的面積相似。由于超大的面積和較薄的厚度，它將極大地受到太陽輻射壓的影響。因此，氣泡屏障的最佳位置會(huì)比第一拉格朗日點(diǎn)更接近太陽，修正后的位置距地球約 250 萬千米。

地球視角的氣泡屏障藝術(shù)圖。圖片來源：MIT

目前，太空氣泡還只是初步的構(gòu)想，有很多地方仍需要研究和模擬，如它的運(yùn)輸方式、在太空中的穩(wěn)定和維護(hù)機(jī)制、準(zhǔn)確的輻射反射模型等。如果經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)該方案可行，研究團(tuán)隊(duì)將先在較低的軌道進(jìn)行測試。在技術(shù)問題都能得到解決的理想情況下，本世紀(jì)就能夠投入實(shí)施。根據(jù)羅格 · 安赫爾此前的初步預(yù)計(jì)，該項(xiàng)目需要花費(fèi) 50 年內(nèi)全球 GDP 的 0.5%，但準(zhǔn)確的數(shù)額還需要進(jìn)一步計(jì)算。

太空氣泡屏障示意圖。圖片來源：MIT

此前常見的太陽輻射控制技術(shù)多應(yīng)用在地球內(nèi)部，如增加云層或地球表面的反射能力，或?qū)⑿〉姆瓷湫灶w粒（如硫酸鹽顆粒）溶解至對流層或平流層。然而后者卻遭到了強(qiáng)烈的反對。今年年初，60 多名國際政策專家和科學(xué)家呼吁政府停止此類項(xiàng)目，因?yàn)檫@很可能會(huì)擾亂部分地區(qū)的季風(fēng)降雨，且無法做到廣泛和有效的管控。

相比之下，氣泡屏障方案在外太空實(shí)施，避免了對地球的生態(tài)系統(tǒng)造成進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，該方案最大的優(yōu)勢之一就是完全可逆：只需通過繼續(xù)充氣，使氣泡表面的力超過平衡點(diǎn)，氣泡就會(huì)破裂。這一方式也減少了棄用屏障后留在宇宙中的垃圾。

然而地球的環(huán)境是復(fù)雜的，就像所有太陽輻射控制技術(shù)一樣，太空氣泡屏障對地球環(huán)境的影響還是令人擔(dān)憂。一些研究表明，太陽輻射的減少會(huì)造成如熱帶風(fēng)暴軌跡減弱等氣候影響，同時(shí)給熱帶地區(qū)的降溫或會(huì)幫助瘧原蟲的生存，增加瘧疾的傳播風(fēng)險(xiǎn)。由于此類技術(shù)只是平衡了溫室氣體的總量，并沒有減少碳排放，因此它無法解決所有的問題，如二氧化碳過度排放引起的海洋酸化。另外，如果此類方案突然停止，地球上可能會(huì)產(chǎn)生 " 終止沖擊 " 現(xiàn)象（termination shock），導(dǎo)致地球溫度迅速上升。在公共政策方面，如何配合減排計(jì)劃和太陽輻射控制計(jì)劃也是需要探討的問題。太空氣泡計(jì)劃并非人類減排措施的替代，而是一個(gè)補(bǔ)充和后備計(jì)劃。麻省理工大學(xué)的卡洛 · 拉蒂（Carlo Ratti）表示：" 我們相信，假如對地球工程學(xué)的需要變得急迫，進(jìn)一步提高太陽輻射屏障研究的可行性能幫助我們在未來做出更加明智的決定。"

面對嚴(yán)峻的環(huán)境問題，保護(hù)植被和海洋等吸收和存儲(chǔ)碳的自然系統(tǒng)和削減人類活動(dòng)的碳排放仍然是最重要，最根本的解決方法。從化石燃料向清潔能源的過渡，到在日常生活中選擇綠色的出行方式、避免鋪張浪費(fèi)，世界上的每個(gè)國家和領(lǐng)域都在針對全球變暖積極地改進(jìn)政策，開發(fā)新的技術(shù)。對于我們每個(gè)人，不妨少一些消極，去做到自己力所能力的事情。