حل جريء لمواجهة تغير المناخ؟

في يوم شتاء بارد ، دفء الشمس مرحب به. ومع ذلك ، نظرًا لأن البشرية تنبعث المزيد والمزيد من غازات الدفيئة ، فإن الغلاف الجوي للأرض يحبس المزيد والمزيد من طاقة الشمس ويزيد درجة حرارة الأرض بشكل مطرد. تتمثل إحدى الإستراتيجيات لعكس هذا الاتجاه في اعتراض جزء من ضوء الشمس قبل وصوله إلى كوكبنا. لعقود من الزمان ، فكر العلماء في استخدام الشاشات أو الأشياء أو جزيئات الغبار لمنع ما بين 1 أو 2 ٪ من إشعاع الشمس للتخفيف من آثار الاحتباس الحراري.

استكشفت دراسة بقيادة جامعة يوتا إمكانية استخدام الغبار لدرء أشعة الشمس. لقد درسوا الخصائص المختلفة لجزيئات الغبار ، وأحجام الغبار والمدارات الأنسب لظل الأرض. وجد المؤلفون أن إرسال الغبار من الأرض إلى محطة ذات اتجاه واحد في “لاغرانج بوينت” بين الأرض والشمس (L1) سيكون فعالًا للغاية ، ولكنه سيتطلب تكلفة فلكية وجهدًا. يجب استخدام غبار القمر بدلاً من ذلك. يجادل المؤلفون بأن حقن الغبار القمري من القمر سيكون طريقة أرخص وأكثر فعالية لتظليل الأرض.

تيار محاكى من الغبار يقذف بين الأرض والشمس. تظهر سحابة الغبار هذه أثناء عبورها قرص الشمس كما تُرى من الأرض. هذه التيارات ، بما في ذلك تلك التي يتم إطلاقها من سطح القمر ، تنشط في ضوء الشمس العابر. الائتمان: بن بروملي / جامعة يوتا

استخدم فريق علماء الفلك تقنية مستخدمة لدراسة تكوين الكواكب حول النجوم البعيدة ، وهو تركيز منتظم لأبحاثهم. تشكل الكوكب عملية فوضوية تطلق الغبار الفلكي الذي يمكن أن يشكل حلقات حول النجم المضيف. تعترض هذه الحلقات الضوء القادم من النجم المركزي وتعيد إشعاعه حتى نتمكن من اكتشافه على الأرض. تتمثل إحدى طرق العثور على النجوم التي يمكن أن تشكل كواكب جديدة في البحث عن هذه الحلقات المتربة.

“كانت تلك بذرة الفكرة. قال الفيزيائي والبروفيسور بن بروملي: “إذا أخذنا جسمًا صغيرًا ووضعناه في مدار خاص بين الأرض والشمس وحطمناه ، فيمكننا حجب الكثير من ضوء الشمس بوزن خفيف”. محرر رئيسي لعلم الفلك والمسح.

محاكاة من الغبار تم إطلاقه من محطة طريق في لاجرانج بوينت 1. الظل على الأرض مبالغ فيه من أجل الوضوح. الائتمان: بن بروملي

قال سكوت كينيون: “إنه لأمر مدهش أن نفكر في كيف يمكن للغبار القمري – الذي استغرق تكوينه أكثر من أربعة مليارات سنة – أن يساعد في إبطاء ارتفاع درجة حرارة الأرض ، وهي مشكلة استغرقت أقل من 300 عام. دراسة من مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان.

تم نشر هذا المقال مؤخرًا في المجلة المناخ PLOS.

ظل

تعتمد الفعالية الإجمالية للدرع على قدرته على الحفاظ على مدار يلقي بظلاله على الأرض. سمير خان ، طالب جامعي ومؤلف مشارك في الدراسة ، قاد الدراسة الأولية ، أظهر عمل خان صعوبة الاحتفاظ بالغبار في المكان الذي تحتاجه.

قال خان: “نظرًا لأننا نعرف مواقع وكتل الأجرام السماوية الرئيسية في نظامنا الشمسي ، يمكننا استخدام قوانين الجاذبية لتتبع موضع الدرع الشمسي المحاكى بمرور الوقت في مدارات مختلفة”.

كان هناك سيناريوهان واعدان. في السيناريو الأول ، وضع المؤلفون محطة فضائية في نقطة L1 Lagrange ، حيث تكون قوى الجاذبية بين الأرض والشمس متوازنة. تميل الأجسام الموجودة في نقاط لاغرانج إلى البقاء على مسار بين جرمين سماويين ، وهذا هو السبب[{” attribute=””>James Webb Space Telescope (JWST) is located at L2, a Lagrange point on the opposite side of the Earth.

A simulation of dust launched from the moon’s surface as seen from Earth. Credit: Ben Bromley

In computer simulations, the researchers shot test particles along the L1 orbit, including the position of Earth, the sun, the moon, and other solar system planets, and tracked where the particles scattered. The authors found that when launched precisely, the dust would follow a path between Earth and the sun, effectively creating shade, at least for a while. Unlike the 13,000-pound JWST, the dust was easily blown off course by the solar winds, radiation, and gravity within the solar system. Any L1 platform would need to create an endless supply of new dust batches to blast into orbit every few days after the initial spray dissipates.

“It was rather difficult to get the shield to stay at L1 long enough to cast a meaningful shadow. This shouldn’t come as a surprise, though, since L1 is an unstable equilibrium point. Even the slightest deviation in the sunshield’s orbit can cause it to rapidly drift out of place, so our simulations had to be extremely precise,” Khan said.

In the second scenario, the authors shot lunar dust from the surface of the moon towards the sun. They found that the inherent properties of lunar dust were just right to effectively work as a sun shield. The simulations tested how lunar dust scattered along various courses until they found excellent trajectories aimed toward L1 that served as an effective sun shield. These results are welcome news, because much less energy is needed to launch dust from the moon than from Earth. This is important because the amount of dust in a solar shield is large, comparable to the output of a big mining operation here on Earth. Furthermore, the discovery of the new sun-shielding trajectories means delivering the lunar dust to a separate platform at L1 may not be necessary.

Just a moonshot?

The authors stress that this study only explores the potential impact of this strategy, rather than evaluate whether these scenarios are logistically feasible.

“We aren’t experts in climate change, or the rocket science needed to move mass from one place to the other. We’re just exploring different kinds of dust on a variety of orbits to see how effective this approach might be. We do not want to miss a game changer for such a critical problem,” said Bromley.

One of the biggest logistical challenges—replenishing dust streams every few days—also has an advantage. Eventually, the sun’s radiation disperses the dust particles throughout the solar system; the sun shield is temporary and shield particles do not fall onto Earth. The authors assure that their approach would not create a permanently cold, uninhabitable planet, as in the science fiction story, “Snowpiercer.”

“Our strategy could be an option in addressing climate change,” said Bromley, “if what we need is more time.”

Reference: “Dust as a solar shield” by Benjamin C. Bromley, Sameer H. Khan and Scott J. Kenyon, 8 February 2023, PLOS Climate.
DOI: 10.1371/journal.pclm.0000133