Физики: Космическая пыль как солнечный щит Земли

Прочитано: 203 раз(а)


В холодный зимний день тепло солнца приветствуется. Однако по мере того, как человечество выбрасывает все больше и больше парниковых газов, атмосфера Земли поглощает все больше и больше солнечной энергии и неуклонно повышает температуру Земли. Одна из стратегий обращения вспять этой тенденции состоит в том, чтобы перехватить часть солнечного света до того, как он достигнет нашей планеты. На протяжении десятилетий ученые рассматривали возможность использования экранов, предметов или частиц пыли, чтобы блокировать достаточное количество солнечного излучения — от 1 до 2% — для смягчения последствий глобального потепления.

В исследовании под руководством Университета Юты изучался потенциал использования пыли для защиты от солнечного света. Они проанализировали различные свойства частиц пыли, количество пыли и орбиты, которые лучше всего подходят для затенения Земли. Авторы обнаружили, что запуск пыли с Земли на промежуточную станцию ​​в «точке Лагранжа» между Землей и Солнцем (L1) будет наиболее эффективным, но потребует астрономических затрат и усилий. Альтернативой является использование лунной пыли. Авторы утверждают, что вместо этого запуск лунной пыли с Луны может быть дешевым и эффективным способом затенения Земли.

Команда астрономов применила метод, используемый для изучения формирования планет вокруг далеких звезд, что является их обычным направлением исследований. Формирование планет — это беспорядочный процесс, который поднимает много астрономической пыли, которая может образовывать кольца вокруг звезды-хозяина. Эти кольца перехватывают свет от центральной звезды и переизлучают его таким образом, что мы можем обнаружить его на Земле. Один из способов обнаружить звезды, формирующие новые планеты , — искать эти пыльные кольца.

«Это было семя идеи: если мы возьмем небольшое количество материала и поместим его на специальную орбиту между Землей и Солнцем и разобьем его, мы сможем заблокировать много солнечного света с небольшим количеством массы. — сказал Бен Бромли, профессор физики и астрономии и ведущий автор исследования.

«Удивительно думать, как лунная пыль, на образование которой ушло более четырех миллиардов лет, может помочь замедлить рост температуры Земли — проблему, на решение которой у нас ушло менее 300 лет», — сказал Скотт Кеньон, соавтор исследования. исследование Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт.

Отбрасывание тени

Общая эффективность щита зависит от его способности поддерживать орбиту, отбрасывающую тень на Землю. Самир Хан, студент бакалавриата и соавтор исследования, руководил первоначальным исследованием того, какие орбиты могут удерживать пыль достаточно долго, чтобы обеспечить адекватное затенение. Работа Хана продемонстрировала сложность удержания пыли там, где она должна быть.

«Поскольку мы знаем положения и массы основных небесных тел в нашей Солнечной системе, мы можем просто использовать законы гравитации, чтобы отслеживать положение смоделированного солнцезащитного козырька во времени для нескольких различных орбит», — сказал Хан.

Два сценария были многообещающими. В первом сценарии авторы разместили космическую платформу в точке Лагранжа L1, ближайшей точке между Землей и Солнцем, где уравновешиваются гравитационные силы. Объекты в точках Лагранжа, как правило, остаются на пути между двумя небесными телами, поэтому космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) расположен в L2, точке Лагранжа на противоположной стороне Земли.

В ходе компьютерного моделирования исследователи снимали тестовые частицы вдоль орбиты L1, включая положение Земли, Солнца, Луны и других планет Солнечной системы, и отслеживали, куда рассеиваются частицы. Авторы обнаружили, что при точном запуске пыль будет следовать по пути между Землей и Солнцем, эффективно создавая тень, по крайней мере, на некоторое время. В отличие от 13 000-фунтового JWST, пыль легко сбивалась с курса солнечными ветрами, радиацией и гравитацией внутри Солнечной системы. Любая платформа L1 должна будет создавать бесконечный запас новых порций пыли, которые будут выбрасываться на орбиту каждые несколько дней после того, как первоначальная пыль рассеется.

«Было довольно трудно заставить щит оставаться в L1 достаточно долго, чтобы отбрасывать осмысленную тень. Это не должно вызывать удивления, поскольку L1 является нестабильной точкой равновесия. Даже малейшее отклонение орбиты солнцезащитного щита может вызвать чтобы он быстро сместился с места, поэтому наши симуляции должны были быть чрезвычайно точными», — сказал Хан.

Во втором сценарии авторы выстрелили лунной пылью с поверхности Луны в сторону Солнца. Они обнаружили, что врожденные свойства лунной пыли как раз подходят для эффективной защиты от солнца. Моделирование проверило, как лунная пыль рассеивается по разным направлениям, пока не были найдены отличные траектории, направленные к L1, которые служили эффективным солнцезащитным экраном. Эти результаты являются долгожданной новостью, поскольку для запуска пыли с Луны требуется гораздо меньше энергии, чем с Земли. Это важно, потому что количество пыли в солнечном щите велико, сравнимо с производительностью крупной добычи полезных ископаемых здесь, на Земле. Кроме того, открытие новых солнцезащитных траекторий означает, что доставка лунной пыли на отдельную платформу в L1 может не понадобиться.

Просто лунный выстрел?

Авторы подчеркивают, что это исследование только исследует потенциальное влияние этой стратегии, а не оценивает, насколько эти сценарии осуществимы с точки зрения логистики.

«Мы не являемся экспертами в области изменения климата или ракетостроения, необходимого для перемещения массы из одного места в другое. Мы просто исследуем разные виды пыли на разных орбитах, чтобы увидеть, насколько эффективным может быть этот подход. не хочу пропустить переломный момент для такой критической проблемы», — сказал Бромли.

Одна из самых больших логистических задач — пополнение потоков пыли каждые несколько дней — также имеет преимущество. В конце концов, солнечное излучение рассеивает частицы пыли по Солнечной системе ; солнцезащитный экран является временным, и частицы экрана не падают на Землю. Авторы уверяют, что их подход не позволит создать постоянно холодную, необитаемую планету, как в фантастическом рассказе «Сквозь снег».

«Наша стратегия может быть вариантом решения проблемы изменения климата, — сказал Бромли, — если нам нужно больше времени».

Физики: Космическая пыль как солнечный щит Земли



Новости партнеров