هل يمكن أن يساعد الغبار الفضائي في حماية الأرض من تغير المناخ؟

يمكن للغبار المنطلق من سطح القمر أو من محطة فضائية متمركزة بين الأرض والشمس أن يقلل ما يكفي من الإشعاع الشمسي للتخفيف من آثار تغير المناخ.

بينما تصدر البشرية المزيد من غازات الدفيئة ، فإن الغلاف الجوي للأرض يحبس المزيد والمزيد من طاقة الشمس، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الأرض بشكل مطرد.

تتمثل إحدى الإستراتيجيات لعكس هذا الاتجاه في اعتراض جزء من ضوء الشمس قبل وصوله إلى كوكبنا.

لعقود من الزمان، فكر العلماء في استخدام الشاشات أو غيرها من الأشياء لمنع ما يكفي من إشعاع الشمس – بين 1 أو 2 % – للتخفيف من آثار الاحتباس الحراري.

دراسة جديدة يقودها علماء في مركز الفيزياء الفلكية تستكشف جامعة هارفارد وسميثسونيان وجامعة يوتا إمكانية استخدام الغبار لدرء أشعة الشمس.

تصف الورقة، التي نُشرت اليوم في مجلة PLOS Climate ، الخصائص المختلفة لجزيئات الغبار وكميات الغبار والمدارات التي ستكون الأنسب لتظليل الأرض.

وجد الفريق أن إطلاق الغبار من الأرض إلى محطة على الطريق في “لاجرانج بوينت” بين الأرض والشمس سيكون أكثر فاعلية ولكنه سيتطلب تكلفة ومجهودًا فلكيًا، يقترح الفريق غبار القمر كبديل، بحجة أن الغبار القمري المنطلق من القمر يمكن أن يكون وسيلة منخفضة التكلفة وفعالة لتظليل الأرض.

طبق فريق علماء الفلك تقنية مستخدمة لدراسة تكوين الكواكب حول النجوم البعيدة – تركيزهم البحثي المعتاد – على مفهوم الغبار القمري.

تشكل الكواكب عملية فوضوية تؤدي إلى إطلاق الغبار الفلكي، والذي يشكل حلقات حول النجوم المضيفة. تعترض هذه الحلقات الضوء القادم من النجم المركزي وتعيد إشعاعه بطريقة يمكن اكتشافها.

يقول بن بروملي، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة يوتا والمؤلف الرئيسي للدراسة، “كانت هذه بذرة الفكرة ؛ إذا أخذنا كمية صغيرة من المواد ووضعناها في مدار خاص بين الأرض والشمس وقمنا بتقسيمها ، يمكننا حجب الكثير من ضوء الشمس بكمية قليلة من الكتلة.

إلقاء الظل

وفقًا للفريق، ستعتمد الفعالية الإجمالية لدرع الشمس على قدرته على الحفاظ على مدار يلقي بظلاله على الأرض. سمير خان، طالب جامعي في ولاية يوتا ومؤلف مشارك في الدراسة، قاد الاستكشاف الأولي الذي يمكن أن تحبس فيه المدارات الغبار في موضعه لفترة كافية لتوفير تظليل مناسب.

يقول سكوت كينيون، مؤلف الدراسة المشارك في مركز الفيزياء الفلكية “نظرًا لأننا نعرف مواقع وكتل الأجرام السماوية الرئيسية في نظامنا الشمسي، يمكننا ببساطة استخدام قوانين الجاذبية لتتبع موقع محاكاة درع الشمس بمرور الوقت لعدة مدارات مختلفة”.

سيناريوهان واعدان

كان هناك سيناريوهان واعدان، في السيناريو الأول، وضع المؤلفون منصة محطة فضائية عند نقطة L1 Lagrange ، وهي أقرب نقطة بين الأرض والشمس حيث تكون قوى الجاذبية متوازنة، تميل الأجسام في نقاط لاغرانج إلى البقاء على طول المسار بين الجسمين السماويين، ولهذا السبب يقع تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) في L2، وهي نقطة لاجرانج على الجانب الآخر من الأرض.

في عمليات المحاكاة الحاسوبية، أطلق الباحثون الجسيمات من المنصة إلى مدار L1، بما في ذلك موقع الأرض والشمس والقمر وكواكب النظام الشمسي الأخرى، وتتبعوا أماكن تبعثر الجسيمات.

وجد المؤلفون أنه عند إطلاقه بدقة، فإن الغبار سيتبع مسارًا بين الأرض والشمس، مما يخلق الظل بشكل فعال ، على الأقل لفترة من الوقت. تم تفجير الغبار بسهولة عن طريق الرياح الشمسية والإشعاع والجاذبية داخل النظام الشمسي.

خلص الفريق إلى أن أي منصة لمحطة الفضاء L1 ستحتاج إلى إنشاء إمداد لا نهائي من مجموعات الغبار الجديدة للانفجار في المدار كل بضعة أيام بعد تبدد الرذاذ الأولي.

يقول كينيون: “كان من الصعب الحصول على الدرع في L1 لفترة كافية لإلقاء ظلال ذات مغزى. لا ينبغي أن يكون هذا مفاجئًا ، لأن L1 هي نقطة توازن غير مستقرة”. “حتى أدنى انحراف في مدار حاجب الشمس يمكن أن يتسبب في انحرافه بسرعة عن مكانه ، لذلك يجب أن تكون عمليات المحاكاة لدينا دقيقة للغاية.”

في السيناريو الثاني، أطلق المؤلفون الغبار القمري من منصة على سطح القمر باتجاه الشمس، ووجدوا أن الخصائص الكامنة في الغبار القمري كانت مناسبة تمامًا للعمل بفعالية كواقي شمسي. اختبرت عمليات المحاكاة كيفية انتشار الغبار القمري على طول مسارات مختلفة حتى عثروا على مسارات ممتازة تستهدف L1 والتي كانت بمثابة حاجب شمسي فعال.

يقول الفريق إن النتائج كانت جيدة، لأن الطاقة اللازمة لإطلاق الغبار من القمر أقل بكثير من الأرض، هذا مهم لأن كمية الغبار المطلوبة للدرع الشمسي كبيرة، ويمكن مقارنتها بإنتاج عملية تعدين كبيرة هنا على الأرض.

يقول كينيون، “إنه لأمر مذهل أن تكون الشمس والأرض والقمر في التكوين الصحيح تمامًا لتمكين هذا النوع من استراتيجيات التخفيف من آثار المناخ.”

مجرد طلقة قمرية؟

يؤكد المؤلفون، أن دراستهم الجديدة تستكشف فقط التأثير المحتمل لهذه الاستراتيجية، بدلاً من تقييم ما إذا كانت هذه السيناريوهات مجدية من الناحية اللوجستية.

يقول بروملي “نحن لسنا خبراء في تغير المناخ ، أو علم الصواريخ المطلوب لنقل الكتلة من مكان إلى آخر. نحن فقط نستكشف أنواعًا مختلفة من الغبار في مجموعة متنوعة من المدارات لنرى مدى فعالية هذا النهج، لا تريد أن تفوت فرصة تغيير قواعد اللعبة لمثل هذه المشكلة الخطيرة”.

أحد أكبر التحديات اللوجستية – تجديد تيارات الغبار كل بضعة أيام – له أيضًا ميزة، يعمل إشعاع الشمس بشكل طبيعي على تشتيت جزيئات الغبار في جميع أنحاء النظام الشمسي، مما يعني أن حاجب الشمس مؤقت ولا تسقط الجسيمات على الأرض.

يؤكد المؤلفون أن نهجهم لن يخلق كوكبًا باردًا بشكل دائم وغير صالح للسكن، كما هو الحال في قصة الخيال العلمي “Snowpiercer”.