無懼谷歌氣球失敗前車之鑒？哈佛啟動“太陽能地球工程”

谷歌“互聯網氣球”LOON

Alphabet 子公司 Project Loon 的首席執行官 Alastair Westgarth 在 Medium 上發表文章《Saying goodbye to Loon》，宣告谷歌持續 10 年之久的“互聯網氣球 ”就此結束。

“谷歌氣球 ”是一個氣球，寬超過 12 英尺，一半充滿了氦氣，并攜帶無線網絡信號收發器組成無線網絡。氣球放飛到大氣平流層，會在 10km～20km 之間的高空漂浮，為地面提供互聯網接入服務。如果項目成功，那么大氣球可以為偏遠山區的人們提供無線網絡信號，也能在緊急災難導致地面無線網信號中斷時，及時提供無線網絡信號。

且不說“互聯網氣球”項目周期長、面對的難題多、耗費的資金大，單單讓大氣球平穩待在平流層，進行曠日持久的漂流，就是一個復雜難題。不過項目組成功了，2019 年，“互聯網大氣球”在在平流層中飛行超過 4000 萬公里。

令人遺憾的是，Alastair Westgarth 稱 “互聯網氣球 ”項目因找不到適合的商業化途徑而告終。正如他在博文中所說，“通往商業可行性的道路比預期的更長，風險更大。”

無獨有偶，繼谷歌向平流層發射大氣球后，哈佛大學的科學家們計劃今年夏天發射一個氣球，測試在平流層進行第一次太陽能地球工程實驗所需的設備。

但與谷歌“大氣球”項目組相比，哈佛大學負責該實驗的研究人員心里，多了幾分猶豫。

向平流層發射大氣球，為測驗“太陽能地球工程”計劃的可行性

在哈佛大學某實驗室的一個長玻璃管里，有一個模擬平流層的微型模型，玻璃管被灰色絕緣材料包裹著。通過在特定的溫度和壓力下，在玻璃管內填充合適的氣體，可以模擬離地球表面約 20 公里外平流層的環境。

研究團隊通過測試各種化學物質在這稀薄的空氣中的反應，希望對一個有爭議的方案進行粗略測試，這個頗具爭議的方案就是“太陽能地球工程”計劃。

該計劃通過向平流層噴灑微小粒子，將更多太陽熱量反射回太空，以此應對氣候變化。如何向平流層噴灑微小粒子呢？跟谷歌一樣，向大氣平流層放飛一個大氣球，大氣球內攜帶著計劃噴灑的微小粒子。

那么問題來了：玻璃管能模擬 “平流層真正的樣子嗎？”就連“太陽能地球工程”計劃的負責人、哈佛大學工程學、化學和大氣科學教授 Keutsch 也對此表示質疑。事實上，這正是模擬實驗的劣勢，即便科學家試圖考慮所有條件、所有可能存在的問題以及所有的可能性，模擬裝置都無法與真的平流層一樣。

如果玻璃管的模擬試驗與真正大氣平流層相差甚遠，那就意味著，“太陽能地球工程 ”計劃能夠實施的可能性很小。正因此，研究團隊希望將實驗從模擬裝置中轉移到真正的平流層。他們希望執行一系列氣球飛行任務來做相關試驗，其中第一個氣球飛行任務將在今夏從瑞典基律納的 Esrange 航天中心發射。

首次飛行只評估飛行器的設備和軟件在平流層中是否能正常工作，在平流層中溫度可能會下降到 50 攝氏度以下，壓力范圍是海平面的十分之一到千分之一。在隨后的發射中，研究人員希望釋放少量可能散射陽光的粒子，通過在大氣中散布粒子使光照減弱，并抵消溫室氣體排放導致的一些氣候變暖來冷卻地球。

靈感來源于火山噴發，反對聲音紛至沓來

大規模釋放粒子可能意味著弄亂地球的天氣模式，而且效果是不可預測的，在某些地方，它們甚至可能引發災難性變化。所以這個近乎科幻小說的大膽計劃，有何科學原理呢？換言之，它有沒有可參考的經驗呢？

哈佛大學教授 Frank Keutsch，SCoPEx 首席研究員

1991 年，皮納圖博火山主火山噴發并排放出數百萬噸二氧化硫，隨后幾年全球氣溫也被壓低。有研究表明，燃煤電廠和船舶排放的二氧化硫也達到可測量的冷卻效果。“太陽能地球工程”計劃的事實依據也來源于此。

但批評聲音認為，故意將其作為應對氣候變化的措施是魯莽的，甚至都不應該去考慮，更不必說做試驗。

有研究發現，太陽能地球工程可顯著改變降雨模式，并局域性地降低某些農作物的產量。另一方面，其他論文得出的結論是，只要以適當方式進行太陽能地球工程，對環境的負面影響就會很小。

但迄今為止，除了少數例外情況外，所有研究均在計算機模型或實驗室中進行的。所以 Keutsch 他們認為其氣球試驗將是關鍵性的。

裝有螺旋槳和傳感器的氣球

SCoPEx 實驗的基本想法早在 2014 年就已提出，即發射一個裝有螺旋槳和傳感器的氣球，在大約一公里長的羽流中釋放兩公斤亞微米大小的粒子。Keith 指出，這與一架商用客機每分鐘產生的粒子數量相當。

然后，氣球會轉向并從相反方向緩慢曲折地穿過羽流，氣球上的的傳感器將測量粒子的分散范圍，觀測粒子如何與其他化合物相互作用，以及能反射的陽光。

所有試驗結果都可反饋到計算機模型中，從而加深研究人員對噴撒數十萬至數百萬噸粒子的作用的理解。

在這一點上，該團隊希望在未來幾年內進行一系列飛行。最初，他們打算釋放一種碳酸鈣塵埃（粉筆的主要成分），但最終研究人員想要測試其他材料，包括硫酸（火山噴發釋放出的二氧化硫的副產品）。

不過有人擔心，即使是有限制的實驗，也做得有些過界。美國大學碳清除法律與政策研究所的聯合主任 Wil Burns 認為，在進行戶外實驗之前，應該嘗試就社會是否可以使用這種工具達成某種全球共識。但對他而言，答案是否定的：試驗的環境影響尚不得而知。而且治理這種工具的挑戰是巨大的，一個國家可以獨自進行太陽能地球工程，但所有其他國家都會受到影響。而且子孫后代可能被迫處理數百年的影響。他補充說，直到它完全部署，我們才能知道它在全球范圍內的真正作用。從某種意義上說，我們會陷入干旱或其他危險，直到影響消退。

瑞典政府官員將在該國進行首次 SCoPEx 飛行，并由瑞典航天公司的負責人對此進行管理，一些環境團體和太陽能地球工程評論家呼吁瑞典政府官員阻止該實驗。他們認為，研究本身并沒有帶來環境風險，但它卻為危險而強大的工具創造了“走向標準化部署之路”。

瑞典綠色和平組織生物燃料觀察組織聯合其他組織寫信稱，太陽能地球工程技術“是一種有可能帶來極端后果的技術，并且具有危險性，不可預測性和不可管理性。沒有合理的理由來測試從未使用過的危險技術。”

當事專家：更擔心試驗成功后可能帶來的不良后果

面對外界的擔憂和批評，該計劃研究員 Keutsch 持認同態度，同時他也說出了自己的看法。

Keutsch 認為太陽能地球工程是解決氣候變化的錯誤方法。他把它比作阿片類藥物，雖然能緩解劇烈疼痛，但會導致上癮等其他問題，而更安全、更有效的解決方案是迅速削減溫室氣體排放。

Keutsch 的擔憂不僅限于試驗成敗，他更擔心的是，試驗成功后可能帶來的不良后果。作為項目負責人，其認為太陽能地球工程實驗可能會使這項技術的最終應用變得更有可能。

如果他的猜想是正確的，他擔心的是，氣候變化已經如此之久，而且很可能變得更具破壞性。一些絕望的國家可能會繼續推進太陽能地球工程。哈佛大學早些時候的一項研究發現，開發和發射一組飛行器來完成這項工作，每年的成本僅為 20 億美元，這是許多國家的經濟能力都能承受的。

那么，該試驗所取得的技術，可能是唯一能在一個某領導人政治任期內真正改變全球氣溫的工具，它可能會成為遭受致命熱浪、干旱、饑荒、火災或洪水的國家的誘人選擇。

因此，Keutsch 說：“在沒有充分研究的情況下使用它將是‘非常危險的，這是一個非常可怕的概念，而且會出差錯。但與此同時，我認為更好地了解可能存在的風險是非常重要的，如果有一種材料可以顯著降低風險，我認為我們應該了解它。”

試驗會帶來的后果不得而知

Keutsch 研究小組已經進行了計算機模擬，如探索從設備中釋放出來的粒子如何消散到空氣中。如果真的開始測試，他們應該能夠更精確地測量碳酸鈣或硫酸的粒子是如何分散或聚集在一起的。這是對這些物質在太陽能地球工程中發揮多大作用的關鍵測試。如果粒子太大，它們會很快從平流層中下沉，研究團隊需要更多的物質來散射同等數量的陽光。

另一個關鍵問題是，這些粒子如何與平流層中的其他化學物質發生反應 —— 尤其是碳酸鈣，因為在平流層中，這種反應并不是自然發生的。

最終，該小組選擇碳酸鈣作為測試粒子。正如 Keutsch 所說：“硫酸鹽會吞噬保護性臭氧層，并且雖然它們對地球表面有冷卻作用，但它們會使平流層變暖。這可能會以難以預料的方式引起天氣變化，我們的模型無法很好預測這種干擾地球系統的方式。”

但 Keutsch 又說：“碳酸鈣也有其自身的未知數。在玻璃管中進行的那些實驗發現，它與平流層中遇到的化合物沒有特別的反應性。但是它與其他化學物質相互作用的方式可能會影響飛行任務中的觀察結果，這可幫助我們進一步了解降低全球溫度所需的這些粒子的數量，以及釋放這些粒子可能帶來的風險或起到的作用。”

概括來說，研究人員從小型氣球實驗中學到的東西仍然具有很大局限性。由于粒子太稀，他們將無法檢測到釋放到平流層中的粒子的長期命運。所以，Keutsch 也承認，在大規模部署太陽能地球工程之前，有些事情是未知的。

決全球性氣候問題，監管和審查是必要的

其實，該團隊最初希望最早于 2018 年在亞利桑那州圖森開始氣球飛行，隨后在新墨西哥州探索后續計劃。據該項目網站介紹，由于受到“新冠肺炎、后勤和日程安排方面的挑戰”，他們選擇將首批工作轉移到瑞典。

試驗推遲的部分原因，則是因為 Keutsch 團隊決定成立一個獨立委員會來評估他們提議的實驗的倫理和法律影響。他們并非必須成立委員會，因為這項研究沒有聯邦資助。事實上，當這個項目開始時，美國聯邦政府并沒有資助太陽能地球工程研究。該項目依靠哈佛大學內部資金以及比爾蓋茨、威廉和弗洛拉休利特基金會、阿爾弗雷德p斯隆基金會等個人和團體的捐款運作。

但勞倫斯利弗莫爾國家實驗室前副主任 Jane Long 強烈建議成立一個外部審查委員會，她還幫助挑選了委員會主席，她說 ：“不要讓人們認為他們是不經審查就跑去做實驗的壞科學家，這對這項技術的未來很重要。”

Long 強調，正如最初提出的那樣，這些實驗的規模非常小，不太可能對健康或環境造成危害。但她說，委員會能迫使研究人員闡明這項工作的目的，并解決公眾的擔憂。

該獨立委員會已經發布了一份報告，就研究團隊在釋放粒子之前應該如何與公眾溝通提出了建議。除其他事項外，該獨立委員會還建議創建一本簡報手冊來解釋這些問題，并邀請住在氣球飛行路線附近的人們“參與有關實驗本身以及太陽能地球工程研究管理的磋商”。

不過，前文的 Burns 和其他人認為，該委員會缺少一些關鍵聲音，即那些對太陽能地球工程研究的批評家和來自較貧窮國家代表。他認為，這些盲點在委員會的初步報告中很明顯：“它假設我們只是在進行簡單的公眾參與，弄清楚如何在現場實驗中進入下一階段，而且似乎有了一種已成定局的結論：將會發生什么，以及應該發生什么。”

接下來幾周中，預計將有一個獨立咨詢委員會來審查該項目的法律、道德和環境問題，并確定該研究小組是否應該進行第一次飛行。另據悉，該委員會還必須在實際釋放粒子的飛行之前做出裁決，并確定研究團隊應采取或必須采取哪些步驟與公眾和監管機構接觸。如果這些發射任務獲得批準，那將是平流層中的第一個太陽能地球工程實驗。

最后，對于太陽能工程計劃是否可行，采訪了加州大學歐文分校博士后研究員、即將入職清華大學地球科學系統系的同丹老師，目前她認為該計劃可行性很低。

她說：“其潛在危害不得而知，比如對其他極端氣候，例如極端溫度和降雨等等。理論依據和試驗不充足，并且這項工程的實施會出現地區差異性，那么其復雜性和困難性會比我們想的更多。”

“太陽能地球工程”計劃后續如何？研究團隊能否成功向大氣平流層發射大氣球，我們期待好消息傳來。

（摘自美《深科技》）（編輯/諾伊克）