Filtr przeciwsłoneczny dla planety Ziemia
Dwutlenek węgla jest przezroczysty dla światła widzialnego, a jednocześnie absorbuje światło podczerwone. Dzięki temu słońce może bez przeszkód ogrzewać Ziemię. Ta następnie wypromieniowuje to ciepło w postaci promieniowania podczerwonego, które zwykle ucieka w przestrzeń kosmiczną. Jednak dwutlenek węgla absorbuje światło podczerwone, co z kolei powoduje nagrzewanie się atmosfery. Wzrost jego zawartości to zwiększanie się efektu nagrzewania. Tak w skrócie można opisać efekt cieplarniany.
Wniosek, jaki wyciągają naukowcy i wszelkiego rodzaju specjaliści, jest taki, że trzeba dążyć do zmniejszenia generacji tego ciepła "ekstra" w atmosferze ziemskiej, bo kumulując się, powoduje zmiany klimatu i wiele innych problemów.
Najogólniej mówiąc, mówi się o trzech sposobach na rozwiązanie tego problemu. Po pierwsze, możemy zmniejszyć ilość dwutlenku węgla w atmosferze. Do tego właśnie dążą liczne współczesne innowacje w przemyśle i energetyce, w tym rozwój instalacji fotowoltaicznych, wychwytywanie CO2 czy promowanie pojazdów elektrycznych, choć zdania na temat skuteczności tych rozwiązań są podzielone. Po drugie, niektórzy chcą zmienić "albedo" Ziemi przez np. pokrycie jej jakimś materiałem, który zmniejszyłby ilość emitowanego przez nią światła podczerwonego.
Jednak zrobienie tego na skalę, która miałaby jakiekolwiek znaczenie, spowodowałoby inne katastrofy ekologiczne, utraty miejsc życia żywych stworzeń i generowanie nieprzewidywalnych wzorców pogody. Pozostaje jeszcze opcja polegająca na zmniejszaniu ilości światła trafiającego do Ziemi.
Już w latach 80. XX wieku mówiono o umieszczeniu w kosmosie gigantycznej osłony przeciwsłonecznej lub rozpraszającej soczewki Fresnela (cienkiej soczewki, która rozprasza światło, zamiast, jak to robią zwykle soczewki, skupiać je). Urządzenia te miałyby być umieszczone na punkcie libracyjnym L1 na orbicie Lagrange’a, tak aby zawsze znajdowały się pomiędzy Ziemią a Słońcem. Instrumenty te miałyby redukować promieniowanie słoneczne na tyle, aby zrównoważyć zmiany klimatyczne. W teorii to świetny pomysł, ale koszt umieszczenia tak masywnej soczewki lub klosza w przestrzeni kosmicznej to dziesiątki, a może nawet setki miliardów dolarów, a jego wykonanie zajęłoby nawet sto lat, co ma niewielki sens.
Dysk ochronny z bąbelków
Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology rozumieją, że jedną z głównych przeszkód w realizacji tych starych projektów było umieszczenie skomplikowanej konstrukcji na orbicie. Zbudowanie tak dużego obiektu na Ziemi, zapakowanie go do rakiety i umieszczenie na orbicie Lagrange’a było (i nadal jest) bardzo trudne. Wymagane byłyby setki, jeśli nie tysiące, startów z częściami konstrukcji. Ich zdaniem, zamiast konstruować coś wielkiego i skomplikowanego, należy raczej wysłać i umieścić w określonym miejscu na orbicie wiele obiektów rozpraszających i odbijających światło oddzielnie, najlepiej w formie "bąbli" lub, jak kto woli, baloników. Tam razem mogłyby uformować większy kształt, np. dysku (1).
Pomysł polega na wysłaniu satelity z takimi bąbelkami (jak należy rozumieć, byłyby "nadmuchiwane" w miejscu docelowym) na orbitę do punktu libracyjnego L1. Po dotarciu na miejsce bańki w dużej liczbie kształtowane byłyby w formę dysku. Utrzymywane byłyby w swoich pozycjach przez wiatr słoneczny i grawitację, rozpraszając i odbijając promieniowanie słoneczne, czyli w efekcie zmniejszając poziom docierającej do Ziemi energii, redukując intensywność efektów opisanych wyżej.
Warto przy okazji dokładniej wyjaśnić, dlaczego miałby to być punkt libracyjny. Nazywa się tak miejsce w przestrzeni, w układzie dwóch ciał powiązanych grawitacją, w którym ciało o pomijalnej masie może pozostawać w spoczynku względem ciał układu. Dla każdego układu trzech ciał (dwa ciała i tzw. ciało próbne) występuje pięć takich punktów, oznaczanych na ogół od L1 do L5. W układzie Słońce-Ziemia ciało może pozostawać w spoczynku w układzie odniesienia, w którym Słońce i Ziemia spoczywają. W punktach tych następuje zrównoważenie sił grawitacji i bezwładności oddziałujących na ciało w układzie odniesienia związanym z tym ciałem. Położenie punktów L1 i L2 w układzie Słońce-Ziemia wynosi 1,5 miliona km od Ziemi.
Punkty libracyjne są wykorzystywane jako szczególnie dogodne lokalizacje instalacji kosmicznych. Punkt L1 znajduje się blisko Ziemi i jest stale oświetlany przez Słońce. Czyni go to użytecznym do prowadzenia obserwacji Słońca lub do pozyskiwania energii słonecznej. Na orbicie w pobliżu tego punktu zostało umieszczone obserwatorium SOHO. Punkt L2 znajduje się stale w półcieniu Ziemi, co czyni go dobrym miejscem do prowadzenia obserwacji planet zewnętrznych lub obszaru poza Układem Słonecznym. Na orbitach w pobliżu tego punktu umieszczono m.in. Kosmiczne Obserwatorium Herschela, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i satelitę Planck.
Jest sporo pytań co do pomysłu inżynierów z MIT, na które nie ma w tej chwili jasnej odpowiedzi. Nie jest jeszcze przesądzone, z czego owe bąble powinny być zrobione, jaki jest najlepszy materiał na bańki, który wytrzymałby warunki kosmiczne? Jak wyprodukować i rozmieścić te bańki w przestrzeni kosmicznej? Jak sprawić, by osłona była w pełni odwracalna, jeśli zajdzie potrzeba jej "zwinięcia"? Jakie są wreszcie potencjalne długoterminowe skutki dla ekosystemu Ziemi?
Zwraca się jednak uwagę na to, że w przeciwieństwie do wszystkich poprzednich koncepcji przesłon antysłonecznych, ten byłby stosunkowo tani w budowie, transporcie i instalacji na miejscu. Jedyne, co musielibyśmy zrobić, to wysłać małego satelitę wytwarzającego "bąbelki" na orbitę i stale uzupełniać go płynem i gazem z bąbelków. Startów nie potrzeba wiele.
Ów ukształtowany z bąbelków dysk musiałby, jak się szacuje, mieć powierzchnię około miliona kilometrów kwadratowych. Zakładając, że bańki te mają średnicę około metra, potrzeba by ich było około 1,3 mld. To dużo, ale nie zapominajmy, że baloniki nie będą miały w środku praktycznie żadnego gazu (potrzebują niewielkiego ciśnienia do "napompowania" w próżni) i śladową ilość płynu. Ostatecznie wyniesienie potrzebnych materiałów wymagać może zaledwie kilku startów. Samo utrzymanie dysku też nie będzie wymagać wielu nakładów. Zespół z MIT szacuje, że wystarczy jeden niedrogi satelita.
Mirosław Usidus
