世の中がだんだん暑くなってきたような気がします…地球のために「日傘」をさしてみませんか？

抜粋：教室の内と外 中学生版・サイエンスユース2023年8月号週刊第3号（通算1153号） 文/スペースモンク 編集/シャン・ユー

世界気象機関は、今後5年間、世界の気温が記録を更新し続けると予測している。世界はますます暑くなっているようですが、地球の熱のほとんどは太陽から来ています。地球を冷やすために、太陽光の一部を遮ることは可能でしょうか？このような「脳の穴」は奇妙に思えるが、科学者の中には多くの奇妙なアイデアを思いついた人もいる。

オプション1: 大気圏で傘を開く

火山の噴火は自然が地球に与えた傘である
1991年、フィリピンのピナツボ山が噴火し、噴出した火山灰が急速に広がり、地面を覆う巨大なパラソルのように空を覆い、地表に届く太陽光の量を大幅に減らし、太陽放射のエネルギーを宇宙に反射しました。予想外にも、この火山噴火により、その後15か月間で北半球の平均気温が約0.5℃低下しました。

1906年から2005年にかけて、大気中の硫酸エアロゾルにより地表付近の気温が0.54～0.22℃低下しました。

同じ期間に、二酸化炭素などの温室効果ガスの排出により大気の温暖化効果が高まり、地表温度は0.87～1.22℃上昇しました。

火山灰には何が含まれていますか?

火山から噴出する物質には二酸化硫黄などの揮発性物質が多量に含まれています。硫化物は高度20キロメートルまで上昇し、そこで酸化されて小さな硫酸塩粒子となり、浮遊するエアロゾルになります。

つまり、過去 100 年間にわたり、地球上の大規模な火山噴火によって成層圏に放出されたエアロゾルは、同時期の温室効果を部分的に相殺してきたのです。しかし、火山の噴火は偶発的な自然現象であり、大きな被害をもたらすため、地球を冷却するという目的を達成するのに火山の噴火に頼ることはできません。

火山噴火の影響を人工的にシミュレートすることは可能ですか?

エアロゾルは太陽光を遮ることで大気を冷却することができるので、人工的に大気中にエアロゾルを注入することはできるのでしょうか?

ハーバード大学の研究チームは、2017年に早くも、高高度気球を使って大気圏の成層圏に粒子状物質を積極的に拡散させることで、どのような影響と潜在的な危険性が生じるかを調べるための科学研究プロジェクトを立ち上げました。最も注目を集めているのは、欧州連合が始めた「太陽地球工学」です。彼らは、火山の噴火によって発生するスモッグのように、ジェット機を使って少量の炭酸カルシウムや硫酸塩エアロゾル粒子を高度約20キロメートルの大気中に拡散させることを構想している。

ソリューション分析

アドバンテージ：

•エアロゾル粒子と送達車両の両方のコストは高くありません。

•成層圏に到達することは難しくなく、時間もかからず、すぐに効果が現れます。

•特定のエリアで実行でき、粒子は限られた時間だけ留まり、永久的な遮蔽を引き起こすことはありません。

欠点:

• 人間が太陽光を遮ると、気候が悪化し、風向きや降雨量が変化する可能性があります。

•太陽光が遮られる地域では、作物の収穫量が減少する可能性があります。

•空気中に浮遊するエアロゾル粒子が肺に吸い込まれ、人体の健康に脅威を与える可能性があります。

オプション2: 宇宙空間で傘を開く

エアロゾル プロジェクトよりもさらにクレイジーなのが、アース シールド プロジェクトです。
いわゆる「アースシールド計画」は、シールドに似たものを宇宙に打ち上げ、太陽と地球を遮って地球への太陽放射線を減らすというものです。

アースシールドはどこに配置すればよいですか?

このシールドは、地球が太陽の周りを回転するときに地球と太陽の間に留まり、地球と太陽に対して比較的静止したままでなければなりません。天体物理学者は、シールドはラグランジュ点 L1 と呼ばれる単一の場所にのみ配置できると計算しました。この地点は太陽と地球を結ぶ線上にあり、地球から約150万キロメートル離れています。

この時点で、シールドは自動的に太陽と地球の間に留まり、地球とともに周回するため、燃料をほとんど消費しません。それはまるで宇宙で地球に日傘を差しているようなものです。

シールドは何をブロックしますか?

太陽光をすべて遮断する必要はなく、地球が受ける太陽放射が適切な範囲内にとどまるように、太陽光の一部を遮断するだけで十分です。シールドが地球と太陽の間に配置されていることを考慮すると、直射日光の当たる地点が北回帰線と南回帰線の間を移動するため、シールドが影を落とす領域は赤道付近になるはずです。

シールドはどのくらいの大きさが必要ですか?

シールドが円形であると仮定すると、平均表面温度を 5℃ 下げたい場合、その直径はハルビンから広州までの距離に相当する 1,400 キロメートル以上に達する必要があります。その面積は650万平方キロメートルに達し、中国の陸地面積の半分以上を占める。

このような盾はどれくらい重いのでしょうか?

このような巨大な人工物を宇宙に輸送するには、最も軽くて薄い材料で作るのが最も実現可能な方法ですが、光の透過率が高すぎると効果が損なわれます。同時に、この材料は宇宙の厳しい寒さと高温に耐えることができ、微小隕石の攻撃を受けても変形しないものでなければなりません。

ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡の日よけは髪の毛ほどの厚さのポリイミドフィルムで作られており、その上にシリコンとアルミニウムのコーティングが施されている。地球シールドも同様の設計を採用すると仮定すると、その質量は少なくとも1,000トンとなり、ウェッブ望遠鏡160台以上に相当します。このような巨大な機械を遠く離れたラグランジュ点まで打ち上げ、組み立てるのは想像を絶する大プロジェクトであり、この「脳の穴」は非常に高価です。

ソリューション分析:

アドバンテージ：

•アースシールドは一度設置すれば長期間効果を発揮し、メンテナンス以外には大掛かりな作業は必要ありません。

•シールド上のさまざまな反射面の角度をリモコンで変更して、地球に届く太陽光を積極的に調整できます。

欠点:

•地球から遠く離れた宇宙にこのような巨大なプロジェクトを設置するには、資材を何度も輸送する必要があり、建設と打ち上げのコストが非常に高く、その後のメンテナンスも非常に高価になります。

•このプロジェクトは実施が非常に難しく、どの国も単独では実行できません。国際協力が必要です。

•太陽光が遮られると地球上の多くの地域に影響が及び、国際紛争を引き起こす可能性があります。

次のことを考えてみてください。

ますます暑くなる気候に直面して、何か創造的な冷却計画はありますか?