关于减少温室效应气体散发问题,即使在将来,能做的事情很可能也是微乎其微的。如果地球升温确有其事,那么,遏制温升的一种长久的、可行的方法便是,人为地改变对地球的太阳辐射。

地球的辐射平衡是由斯蒂芬 · 博尔茨曼定律(Stefan-Boltzman law)所决定的,即εσT4=(1-A)S0/4。式中左项是发自地球的红外线黑体辐射,右项代表太阳对地球的平均辐射(即可见辐射)。A(=0.3)是地球的反照率,S0(=1.372 kWm-2)是地球附近的太阳常数,σ(5.67×10-8Wm-2K4)是斯蒂芬 - 博尔茨曼常数,ε(=0.62)是地球及其大气层的发射率。根据上述方程式可知T=288 K,这便是地球表面的平均温度。

要降低起源于温室效应的温升?T,我们就必须用公式?S0/ S0=4?T/T学来减少相应辐射?S0。例如,要降低温升2.5 K,就必须减少太阳辐射约3.5%。这个任务可由带有大而轻的镜子的人造卫星去完成。然而,按“正常”轨道运转的人造卫星,是不能在地球上投射永久性的阴影的。

这个困难是可以克服的,减少3.5%的太阳辐射也是能够达到的,条件是镜子的光照区至少要达到4.5×106KM2,方法是在太阳和地球之间安置一颗人造卫星,以对地球永久地投射其阴影。因此,我便把注意力集中在这三体问题的一些特定解上,即所谓的拉格兰奇点上。

在一颗行星围绕太阳运转的椭圆形轨道的平面上,有5个拉格兰奇点,即L1-L5(如图所示)。这里有这样一个特点:如果第三个实体(如人造卫星)安置在5点中的任何一点上,那么,在这个实体、太阳和地球之间的几何图形会保持永久的自我相似。就我们的目的而声,安置在L1,L2或L3上的所谓共线的解决方法是最重要的,特别是在L1上。如果能将一颗人造卫星安置在L2上,那么,它就会永久地与太阳和地球处于一条直线上,并总能将其阴影投射到地球上。因此,至少用镜子是能够做到减少对地球的太阳辐射的。

7.2

如果我们假定:人造卫星的大小对比地球的大小而言可以忽略不计的话,那么,L1和地球之间的距离就是d≈1.5×106Km,相当于月亮和地球之间距离的4倍。人造卫星的会合期是无限的,其恒星期与地球期相同(即一年)。

要用多大能量才能使具有必要规模的镜子到达L2呢?如果我们假定镜子的含铝量为10 gm-2的话,那么,至少要带给L14500万公吨的物质。我们估计这样所需的能量相当于30个能生产1 GW能量的核电站生产20年所得的能量总和。粗略的估计是,这一事业的费用是世界每年国民生产总值的6%(大致等于世界每年总的军事开支)积累20多年的总和。

值得注意的是,L1是个不稳定的位置,因为在那里没有负反馈机制的作用,所以,人造卫星很容易因某种原因而偏离轨道,如因太阳对镜子的轻微压力等。此外,这样的解决方法仅仅只是对三体问题才完全有效。虽然月亮对L1的引力最多只不过是地球引力的2%,但也会产生一些影响的。因此,人造卫星必须有效地加以稳定,这就必须永久地进行观察和改进。然而,太阳的压力仍是相当大的,以致会影响到对镜子均衡的有效控制。

当然,还有许多其他重要方面没有涉及到,最为关键的是,能否生产出一种大小仅为10 gm-2的反射箔,而又能在很长时期内承受住机械力、太阳风力及其他。

[Nature,l989年8月24日]