Засухи, экстремальные волны жары и масштабные пожары поражают мир. Многие города установили летние температурные рекорды. Несмотря на международную борьбу с глобальным потеплением, возможно, перейдена точка невозврата? Что если не удастся удержать рост температуры ниже +2 °C? В этом случае ученые работают над решениями «последнего шанса», геоинженерными методами, которые могут ограничить ущерб или даже обратить вспять изменение климата.
Геоинженерия — это набор методов для изменения климата и окружающей среды Земли. В МИТ разрабатывается проект солнечного щита, который ослабит воздействие солнечного излучения на планету, идея которого принадлежит астроному Роберту Энджелу. Если сокращение выбросов CO2 окажется недостаточным для остановки изменения климата, придётся действовать непосредственно на источник тепла нашей планеты.
Проект «Космические пузыри» представляет собой огромный плот из замороженных пузырей, размером примерно с Бразилию. Плот будет находиться в точке Лагранжа L1, между Солнцем и Землей. Конструкция будет отражать часть солнечного света. Такой подход отличается от других проектов геоинженерии, например, растворения химических веществ в стратосфере для повышения альбедо, отсутствием прямого влияния на биосферу Земли.
В вакууме формируются тонкую плёнки пузырей.
Солнечная геоинженерия плохо изучена. В 1989 году Джеймс Эрли предложил в журнале Британского межпланетного общества концепцию «тонкого стеклянного щита» для компенсации парникового эффекта, вызванного накоплением CO2. Щит из лунных материалов должен был находиться в первой точке Лагранжа системы Земля-Солнце для поглощения части радиации. Такой щит уменьшил бы падающий свет на 1,8 % — достаточно, чтобы остановить текущее потепление. В то время существовали проблемы с количеством материала для создания гигантского солнечного щита и с энергией для запуска его к месту назначения.
В 2006 году Роджер Энджел, опираясь на эту работу, разработал несколько небольших солнечных щитов. Этот рой щитов будет отклонять часть света, а не поглощать его, для минимизации смещения равновесия L1, вызванного радиационным давлением, пояснял тогда 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.
Появились дополнительные идеи, однако ни одна не вышла за рамки технико-экономического обоснования. По мере приближения к чрезвычайному климатическому положению команда Массачусетского технологического института вновь обратила внимание на предложение Ангела: развернуть набор пузырьковых плотов из сетей маленьких взаимосвязанных надувных пузырей у точки Лагранжа L1. Считаем, что формирование тонкопленочных сфер в космосе из однородного расплавленного материала, например кремния, позволит регулировать толщину таким образом, чтобы преломлялись более широкие спектры волн и избавиться от необходимости запуска крупных структурных пленочных элементов. «, — объясняют исследователи.
Защитный экран, установление которого возможно до конца столетия.
Предлагается производить отражающие сферы непосредственно в космосе для сокращения расходов на транспортировку. Данное решение полностью обратимо: разрушение пузырьков осуществляется путем нарушения их поверхностного равновесия, что минимизирует образование космического мусора по сравнению с другими методами. Благодаря этому идея может стать одним из самых эффективных способов отклонения солнечного излучения при помощи тонкопленочных структур.
Необходимо выбрать подходящий материал и технологию для создания и обслуживания таких пространств в космосе. Команда провела испытания изготовления пузырьков в лаборатории под воздействием космического пространства; особое внимание уделяется расплавленным смесям на основе кремния и ионным жидкостям, усиленных графеном, обладающим сверхнизким давлением пара и относительно низкой плотностью. При выборе будут учитываться тепловые и оптические свойства материалов в рамках технико-экономического обоснования.
По мнению исследователей, минимальная толщина жидкой пленки, образующей пузырьки, теоретически может быть всего в 20 нанометрах, однако для отклонения солнечного света она должна быть порядка длины солнечной волны, которая лежит в диапазоне от 400 до 600 нанометров. Плот с пузырьками будет иметь массу менее 1,5 г/м2. Оптимальное расположение такого плота окажется немного ближе к Солнцу, примерно на расстоянии 2,5 миллиона километров от Земли, для уменьшения радиационного давления.
Прежде чем реализовать подобный проект, важно решить ряд вопросов. Необходимо предусмотреть уход за экраном после установки, поскольку пузырьки будут особенно нежными. Важно также учесть влияние снижения солнечной радиации на планету и переходный этап, необходимый как при установке щита, так и при его демонтаже. Предварительные исследования показывают, что для компенсации последствий потепления потребуется от 50 до 200 лет активной деятельности.
По мнению Роджера Энджела, проект обойдется примерно в 0,5% мирового ВВП за пятьдесят лет. При успешных лабораторных экспериментах последующие исследования направлены на совершенствование конструкции, а испытания пройдут на низкой околоземной орбите. Считаем, что по завершению разработки технического решения его можно осуществить к концу века. «, — говорят исследователи.