－高山隧道炮之六

你如果不是生活在火星上，就一定听说过全球变暖这件事。媒体天天都在谈论全球变暖，可是地球到底变暖了多少呢？科学家们的统计结果，地球的平均温度从1880年以来上升了0.75°C。

100多年才上升0.75度？似乎并不是很大的温度变化呀？但地球的环境看来就是那么脆弱。才0.75度，我们看到的是雪山在消亡，冰川在哭泣，自然灾害的增多。科学家们预计，未来100年还要上升至少1.1°C，悲观的人甚至说是6.4°C。

冰川在哭泣：想想办法救我吧！

到底是什么原因造成全球变暖？大部分人相信人类社会进入工业化以后产生的温室气体排放有关。所谓温室气体，就是二氧化碳、甲烷一类的气体，它们吸收地球的红外热辐射，阻止地球的热量散出去。其实全球变暖这个事实目前虽然基本得到了公认，但全球变暖的原因科学家们并没有达成共识。也有人认为这和人类活动根本没关系。

那么全球变暖的问题怎么解决呢？联合国为这件事开了很多次会，也吵了很多次架。除了要求大家减少二氧化碳的排放也没有其它的办法。但是减排又谈何容易？西方有些人把中国崛起当作全球变暖的原因之一。中国已经超越美国成为第一二氧化碳排放大国了。可是中国的人均排放量只有美国的1／4。世界上还有三分之二的受苦人（和欧美国家相比），谁不希望过上好日子。过上好日子就意味着消耗更多的能源，排放更多的二氧化碳。在能源技术取得革命性突破之前（比如说，启用太空太阳能发电站），人类温室气体的排放恐怕会只增不减。

更糟糕的是，最近有些研究表明：就算人类从今天起再也不排放温室气体了（那是绝对不可能的），地球还是会持续变暖。原因是人类进入工业化社会以来制造出的温室气体地球可能要几百年甚至几千年才能完全消化。而大洋里的海水比大气热起来慢得多，所以只要大气中的温室气体成分不减少，海水还会持续变热，带动全球气候继续变暖。

就有没有别的办法吗？我们这里提一个办法，乍听有点像是狂想。

夏天大街上的姑娘们用什么办法避暑？遮阳伞。为什么打一把遮阳伞让地球母亲凉快一下呢？

看官一定笑了：地球多大，怎么给她打伞？别着急，我们也不是要把整个地球遮起来，那样全世界就暗无天日了。我们只需要把地球遮注很小的一部分，减少日照，让地球的温度降低0.75度。我们在前面的博文中说过，太空中没有重量，也没有风吹雨淋氧化生锈这样的事情。这把巨伞可以用很薄的薄膜贴在很轻的框架上，一块块地拼装起来，可以做得很轻很便宜（相对而言）。有了电磁感应高山隧道炮这样经济的发射工具，给地球打伞就不是天方夜谈，而是可以认真研究的事情。这面伞实际上是一个巨大的人造地球卫星，但我们还是叫它天伞吧。

可是，要多大一把伞，才能给地球降温0.75度呢？做个粗略的估计并不难。太阳光照射在地球上，一部分被反射，一部分被吸收。吸收了阳光地球就会变热，变热了就会辐射红外线，热量会以红外线的方式散发出去，这也是地球唯一散热的办法。（温室气体会阻挡这种散热。）最终，地球上进来的能量要等于出去的能量，达到一个平衡：

入射能量 ＝ 反射能量 ＋ 辐射能量

如果入射能量减少1％，在其它因素不变的情况下，反射能量也会减少1％。如果辐射能量不减少的话，那么出去的能量就大于进来的能量，地球就会变冷。温度降低了辐射就会变小，等到辐射能量也减少1％的时候，平衡就重新实现了。

物理学中的辐射理论告诉我们，一个物体的辐射和温度的4次方成正比。物理学的温度是从绝对零度起算的，地球现在的平均温度是287K(14摄氏度)。在其它因素不变的情况下，如果平均温度降低0.75度辐射就刚好减少了1％。

答案有了：如果把把地球的日照减少1％，地球的平均温度就会降低0.75°C。

但是这也需要一把非常非常大的伞。地球正对太阳的截面积是1.27亿平方公里，其1％就是127万平方公里。但是我们的天伞实际上是一个巨大的人造地球卫星，要绕着地球转动才不会掉下来。所以只有一半少一点的时间能为地球挡太阳。所以这面巨伞大概需要300万平方公里，太大了。

别着急，这个粗略的估计严重高估了。刚刚说了两个“其他因素不变”，实际上其他因素总会有很大的变化。地球上表面有很多地方被冰覆盖，最大的一块冰在南极洲，第二大的在北极和格陵兰岛，第三大的那一块冰在哪里呢？自然在世界第三极青藏高原。冰是白色的，对阳光的反射很强烈。当气温变高时这些冰川开始融化。冰川的面积减小了，地球反射太阳光的能力就减弱，地球就会进一步升温。气温升高还导致海洋中更多的水变成蒸汽进入大气层，水蒸气实际上是地球上数量最大的温室气体。温室气体阻挡着地球的辐射散热使地球进一步升温。更糟糕的是，近年来科学家们发现北极地区的冻土层内藏有大量沼气(甲烷)，随着全球变暖逐渐释放出来，甲烷是比二氧化碳厉害得多的温室气体。就因为这样的原因，地球的历史总是在冰川期和炎热期之间反复摇摆。

上面讲到的这些所谓正反馈效应，利用起来，就是一个杠杆，让我们可以用比较小的力量，撬动全球气候这个庞然大物。

我们把天伞的轨道设计成如下面这张图中的样子，在地球的南北极之间绕行。当北半球冬天的时候，南极正处在每天24小时的白昼之中。天伞从南极上空一次次飞过，遮挡着太阳，使南极的冰层不再崩塌，融化。北半球夏天的时候，太阳光从图中相反的方向射过来，我们的天伞又在24小时的白昼之中保护着北极的冰川。这样，用一面小得多的天伞，我们就可能扭转全球变暖的趋势。另外，天伞经过的地方，会突然发生几分钟的黑夜，比较快的气温降低很容易导致云层出现。而云层和冰川一样会反射阳光给地球降温。 

其实，谈论全球变暖的时候我们也不要忘记冰川期。远在没有人类之前，地球上就一次次地发生过冰川期。我们的地球也是在仅仅一万年之前从最近的一次冰川期中走出来的，没有这一次冰川期的结束就不会有人类文明。全球变暖的时候人类在为南极企鹅北极熊的生存担心，冰川期来的时候，人类就要为自己的生存担心了。因为那时候北京城和半个美国都会埋在冰层下面。那么如果冰川期要来的时候我们有办法防止它吗？

有的！这面天伞是用铝箔做的，天伞反过来就是反射太阳光的天镜。照下面这张图的样子，把轨道改变一下，变得更高一些，天镜就可以在冬天把阳光反射到南北极地区。如果不是因为全球变暖，在北极24小时黑夜的寒冬里为那里的人们提供一个小太阳实在是一大善事。

回到天伞这个话题。那么这个天伞要怎样建造，花多少钱呢？

和我们前面博文中谈到的太空太阳能发电站相比，天伞要大得多。所以我们要更努力把它做得更轻更薄一些。市场上能找到的最薄的铝箔厚度是0.0085毫米，如果用来做天伞每平方公里重量是23吨。当然还需要一个铝制的框架把铝箔贴上去，再一块块地拼装起来。估计框架将增加50％的重量，那么这面天伞每平方公里的重量是35吨左右。如果我们建一面30万平方公里的天伞，总重量约1000万吨。

如果能有6门1吨发射能力的电磁高山隧道炮，用每分钟1发的射速发射。那么在不到4年的时间内就可以把全部的零部件和施工设备发射到太空中去。由地面中心的控制，太空机器人施工，一小批宇航员监督，在太空中完成天伞的组合拼装。

铝材的价格每吨不到3万元。电磁炮发射到近地轨道的成本前面的博文讲过也是每吨不到3万元。施工的成本假设也是每吨3万元。那么30万平方公里的天伞总造价在9000亿元左右。这面天伞可以在太空中逐渐加大，就是加大到100万平方公里总造价也就是3万亿元（应该不需要这么大）。

无论是9千亿还是3万亿，都是天文数字，这将是人类历史上最大的工程。对比起来，中国在这次金融危机为了刺激经济投入了4万亿，美国人的手笔更大。所以虽然耗资巨大，世界上的主要强国如果都想做这件事，倒也不差钱。关键是花这笔钱是否值得。

法国最近开始征收二氧化碳排放税，每吨12欧元。这个价格多少也是有些根据的，是估算出来的每吨二氧化碳对人类造成的经济损失。（当然不同人的估算相差巨大，这只是一个模糊的平均）。全球每年的二氧化碳排放总量280亿吨，如果全世界都像法国人一样收税的话，每年就能收3.3万亿。

实际上全球变暖给世界的影响是很难用金钱计算的。中国有科学家最近指出，由于全球变暖，青藏高原上的冰川将在2-30年内消失殆尽。那时，中国人民的母亲河长江、黄河，印度人民的母亲河恒河、印度河，东南亚人民的母亲河湄公河，都会受到影响。这经济上，心理上的损失又怎么估算呢？

不过，地球的气候毕竟是一个非常复杂的系统，人类目前对它的认识也很不完全。全球变暖的科学基本上还处在公说公有理，婆说婆有理的阶段。天伞工程的效果，自然也需要大量的论证和模拟计算。

要做人定胜天的事情，还是要小心、慎重。

原创物理学博士  http://blog.sina.com.cn/phdphysics