Počas chladného zimného dňa je slnečné teplo veľmi vítané. Ako však ľudstvo uvoľňuje čoraz viac skleníkových plynov, zemská atmosféra zachytáva stále viac slnečnej energie a Zem neustále ohrieva. Jednou zo stratégií na zvrátenie tohto trendu je zachytiť časť slnečného svetla skôr, ako sa dostane na našu planétu. Po desaťročia vedci zvažovali použitie obrazoviek, predmetov alebo prachových častíc, aby zablokovali dostatočné množstvo slnečného žiarenia – medzi 1 až 2 % – na zmiernenie účinkov globálneho otepľovania.

Štúdia vedená Univerzitou v Utahu skúmala možnosť využitia prachu na odvrátenie slnečného žiarenia. Analyzovali rôzne vlastnosti prachových častíc, množstvo prachu a obežné dráhy, ktoré sú najvhodnejšie na zatienenie Zeme. Autori zistili, že vystreľovanie prachu zo Zeme na stanicu na ceste v „Lagrangiánskom bode“ (L1) Zem-Slnko by bolo efektívnejšie, ale vyžadovalo by si astronomické náklady a úsilie. Alternatívou je použitie mesačného prachu. Autori tvrdia, že uvoľnenie lunárneho prachu z Mesiaca by mohlo byť lacným a efektívnym spôsobom, ako zatieniť Zem.

Simulované uvoľnenie prúdu prachu medzi Zemou a Slnkom. Tento oblak prachu sa objavuje pri prechode cez slnečný kotúč zo Zeme. Prúdy ako tieto, vrátane tých, ktoré sa uvoľňujú z mesačného povrchu, by mohli pôsobiť ako dočasný dáždnik pre slnko. Poďakovanie: Ben Bromley/University of Utah

Tím astronómov použil techniku, ktorá sa používa na štúdium formovania planét okolo vzdialených hviezd, čo je ich obvyklé zameranie výskumu. Tvorba planét je chaotický proces, ktorý uvoľňuje množstvo kozmického prachu, ktorý môže vytvárať prstence okolo hostiteľskej hviezdy. Tieto prstence zachytávajú svetlo z centrálnej hviezdy a opätovne ho vyžarujú spôsobom, ktorý dokážeme zistiť na Zemi. Jedným zo spôsobov, ako objaviť hviezdy tvoriace nové planéty, je hľadať tieto prachové prstence.

„To bol základ tejto myšlienky,“ povedal Ben Bromley, profesor fyziky a astronómie a hlavný autor štúdie.

Simulácia prachu uvoľneného z waystanice v Lagrangeovom bode 1. Tieň na zemi je zveličený kvôli prehľadnosti. Poďakovanie: Ben Bromley

povedal Scott Kenyon, spoluautor štúdie z Centra pre astrofyziku | Harvard a Smithsonian.

Článok bol nedávno publikovaný v časopise Klíma PLOS.

liaty odtieň

Celková účinnosť štítu závisí od jeho schopnosti udržiavať obežnú dráhu, ktorá zatieňuje Zem. Sameer Khan, vysokoškolský študent a spoluautor štúdie, viedol počiatočný prieskum, že orbitály môžu zachytiť prach v polohe dostatočne dlho na to, aby poskytovali primerané tienenie. Khanova práca demonštrovala ťažkosti udržať prach tam, kde ho chcete mať.

„Pretože poznáme polohy a hmotnosti hlavných nebeských telies v našej slnečnej sústave, môžeme jednoducho použiť zákony gravitácie na sledovanie simulovanej polohy slnečného štítu v priebehu času na niekoľkých rôznych obežných dráhach,“ povedal Khan.

Existovali dva sľubné scenáre. V prvom scenári autori umiestnia vesmírnu platformu do bodu L1 Lagrange, čo je najbližší bod medzi Zemou a Slnkom, kde sa vyrovnávajú gravitačné sily. Objekty v Lagrangiánskych bodoch majú tendenciu zostať pozdĺž cesty medzi dvoma nebeskými telesami, čo je dôvod[{“ 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