Közel 120 ezer éve nem volt akkora forróság a Földön, mint idén júliusban és augusztusban, és ennek hatásai az erdőtüzektől a gleccserek olvadásán át az óceánok rekordmagas hőmérsékletéig éreztetik magukat. Eközben az üvegházhatású gázok kibocsátása, ha enyhén is, de tovább növekszik. Egy magyar kutató ezért előállt egy megoldással, ami a Földre jutó napsugárzás világűrbeli tompításával csökkentené bolygónk átlaghőmérsékletét, és fékezné meg a klímaváltozást.

„A fő célom az volt, hogy a súlyát csökkentsem, mert a legnagyobb költséget a szerkezet világűrbe juttatása jelenti” – mondta a Qubitnek Szapudi István, a Hawaii Egyetem Asztrofizikai Intézetének csillagásza, aki néhány héttel ezelőtt az amerikai tudományos akadémia folyóiratában, a PNAS-ben közölte egy „kikötött” űrbeli napernyő (sunshade) koncepcióját. A korábbi elgondolásoknál 100-szor könnyebb ernyő a Földet érő napsugárzás mérséklésével elméletben vissza tudná fordítani a globális felmelegedést.

A 20 éve Hawaiin élő Szapudi jelenleg Magyarországon, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpontnál (CSFK) tölti alkotói szabadságát az MTA Vendégkutatói Programjának támogatásában, és kozmológusként elsősorban a világegyetem nagyskálás szerkezetének és a sötét anyag jellemzőinek vizsgálatával foglalkozik. De, mint mondta, szeret különböző kihívásokat megoldani, és a klímaváltozást az emberiség egyik nagy problémájának tartja, aminek az átlaghőmérsékletre és a tengerszint emelkedésére gyakorolt hatásait az Egyesült Államok Csendes-óceáni tagállamában is észlelte.

Az űrbeli napernyő koncepciója előtt eddig az volt a legnagyobb kihívás, hogy egy, csak napernyőből álló struktúrának irreálisan nehéznek kellett volna lennie, hogy stabilan a helyén maradjon, és a napsugárzás „ne fújja el”. Amikor Szapudi a napvitorlák lehetséges alkalmazásairól olvasott, rájött, hogy „a kettőt szét lehet választani”, vagyis a napvitorlának és az ellensúlyának, ami állandó pozícióban tartja, nem kell egy helyen lennie. Így az ernyő közelebb lehet a Földhöz, tehát nem kell olyan nagynak lennie. Az ellensúly, ami vagy egy kisbolygó, vagy a Holdról kibányászott anyag lenne, a Nap irányában, egy nagyon hosszú kábel végén helyezkedne el.

Egyetlen óriási, vagy több kisebb ernyő kellene?

Ezáltal csak a grafénből készülő ernyőt kellene a Földön megépíteni, aminek tömegére Szapudi konzervatívan 35 ezer tonnát számolt. A grafén a szén egy szerkezetében eltérő (allotróp) módosulata, amiben az atomok hatszögletű rácsban, egy rétegben helyezkednek el. A nanoanyagot egy vagy több rétegben is alkalmazzák, és több kilométeres grafén kábellé is feltekerhető. A grafén legnagyobb előnye, hogy 100-szor erősebb, mint az ugyanolyan vastagságú acél, így könnyű, de nagyon ellenálló struktúrákat lehet belőle gyártani.

Eddig egyetlen grafénból készült, a Napsugárzást kihasználó napvitorlást sem teszteltek űrbeli körülmények között, de a technológia laboratóriumi fejlesztése már zajlik. Az első sikeres, bolygóközi napvitorlás, a japán űrügynökség IKAROS szondája volt, aminek 196 négyzetméteres vitorlájához poliimid rezint használtak.

A napsugárzás légköri aeroszolokkal vagy porral történő csökkentéséhez rendelkezésre áll ma a technológia, de a csillagász szerint a szakirodalom alapján ennek több lehetséges hátránya van: sose lesz teljesen egyenletes a légköri eloszlása, folyamatosan pótolni kell az anyagokat, és ha valamiért túllövünk a célon, nagyon nehéz az egészet visszacsinálni.

Ehhez képest az űrbeli napernyő rendszer lehet moduláris, és a méretét fokozatosan fel lehet skálázni, hogy a jelenlegi becslések szerint szükséges 1-2 százaléknyi napsugárzás-csökkentést elérjük. Hatása emellett folyamatosan monitorozható és állítható lenne. A tanulmányban Szapudi 1,7 százaléknyi napsugárzás-mérsékléssel számolt, amihez nagyságrendileg vagy egyetlen 600 kilométer átmérőjű, vagy több kisebb ernyőre lenne szükség. Ez a Föld pályájától fél millió kilométerre helyezkedne el, és egy hárommillió kilométeres grafén kábel kötné össze az ellensúllyal.

A több millió kilométeres kábel jelenti a legnagyobb kihívást

A csillagász szerint az űrbeli napernyő előtt álló legnagyobb kihívást a napernyő és az ellensúly közötti kábel jelenti, aminek legalább 0,75 millió kilométer hosszúnak kellene lennie. A technológia az űrlift koncepcióiban használt kábelhez hasonlít, de Szapudi szerint annyiban itt egyszerűbb a helyzet, hogy a kábelnek nem kell megtartania a saját súlyát, és csak a Nap jól kalkulálható sugárzási nyomásának kell, hogy ellenálljon.

Ugyanakkor az is igaz, hogy legalább egy nagyságrenddel hosszabbnak kell lennie. Egy négyzetméter grafénlap ma 100 dollár körül van, amit le kellene szorítani 1 dollár alá, hogy a napernyő megvalósítása realisztikus legyen. Emellett ki kellene találni, hogyan lehet ilyen hosszú kábelt létrehozni vagy a világűrben több darabból összeszerelni.

Szapudi úgy látja, ezen túlmenően is egy sor részletkérdést kellene még tisztázni az ernyő méretére, tartó struktúrájára, az ellensúly mibenlétére, a rendszer telepítésére, aktív stabilizációjára és költséghatékony fenntartására vonatkozóan. „Az nagyon jó, ha a mérnökök elindulnak ebbe az irányba, és tényleg átgondolják, hogyan is van ez, és meg lehet-e csinálni, vagy hogyan lehet megcsinálni” – mondta a világűrbeli napernyőket vizsgáló Planetary Sunshade Foundation rendezvényén tartott előadásának tapasztalatai alapján.

A szoláris geomérnökség megosztja a tudományos közösséget

Bár a klímaváltozás elleni küzdelemben a kibocsátáscsökkentést tartja az elsődleges feladatnak, Szapudi úgy látja, ezzel nem jutottunk eddig messzire, miközben már voltak olyan napok, amelyeken a Föld már elérte a másfél fokos felmelegedést az ipari forradalom előtti átlaghoz képest. Ezért azt állítja, az összes lehetséges módszert be kellene vetni a klímaváltozás elleni küzdelemhez.

Azt jogos kritikának látja, hogy ha elkezdjük szabályozni a Föld éghajlatát, azt nem nagyon lehet abbahagyni, és így egyetlen hibának vagy katasztrófának komoly hatásai lehetnek. „Ez ellen a legjobb védekezés a moduláris módszer, azaz ha nem egy, hanem több ernyő van. Ha az egyikkel van valami gikszer, és kiesik, akkor az kis problémát okoz” – mondta.

Két évvel ezelőtt Pieczka Ildikó, az ELTE TTK Meteorológiai Tanszékének egyetemi adjunktusa írt arról a Másfélfokon, hogy „a geomérnöki megoldások csak tüneti kezelésnek tekinthetők, és elfedik a valódi problémát annak megoldása helyett”. Az éghajlatkutató szerint ha valamilyen okból megszakítjuk az alkalmazásukat, akkor az „időlegesen lecsökkentett hőmérséklet a korábbinál még gyorsabban fog visszapattanni”, mivel a kiváltó problémát, az üvegházhatású gázok magas koncentrációját nem oldottuk meg.

A Harvard Egyetem szoláris geomérnökség programja szerint a klímamodellek azt mutatják, hogy ha a napsugárzás tompítását mértékkel folytatjuk és kibocsátás-csökkentéssel kombináljuk, akkor a módszer képes lehet visszafogni a globális éghajlati változások mértékét. De ezek az előnyök új kockázatokkal is járnak, a következmények regionális szintű eltérései és a fennmaradó tudományos bizonytalanságok miatt. Emellett a napsugárzás mérséklése nem oldja a meg az óceánok elsavasodásának problémáját, és hatalmas politikai kihívásokat is támaszt.

Tavaly év végén a Biden-kormányzat egy 5 éves kutatási programot indított, amelynek célja a geomérnökségi technológiák áttekintése és összefoglalása. Christopher Field, az Amerikai Tudományos Akadémia szoláris geomérnökséggel foglalkozó 2021-es jelentésének összeállítását vezető szakember a Guardiannek akkor azt nyilatkozta a technikáról, hogy „jelenleg még nem szabad bevetni, és még mindig rengeteg aggály van vele szemben, de jobban meg kell értenünk”. Egy tavalyi, több száz kutató által aláírt nyílt levél jól jelzi, hogy a technológia mekkora vitákat generál a tudományos közösségen belül: a kezdeményezés egy nemzetközi, a szoláris geomérnökséget tiltó megállapodást javasol, amely nem csak a technológia bevetését és tesztelését, hanem fejlesztésének állami pénzen történő támogatását is betiltaná.

Szapudi István a jövőben azt szeretné megvizsgálni, hogy akad-e olyan aszteroida, amelyik megfelelő lenne a napernyő ellensúlyának, valamint hogy mi lenne a legjobb megoldás a célponthoz való elvezetésére. Mint elmondta, Hawaiin több jelentős kisbolygókereső projekt működik (például a Pan-STARRS és az ATLAS), így kollégáival valószínűleg tudna erre alkalmas aszteroidákat találni. A kisbolygó ellensúlyi pontba juttatására pedig jelenleg egy, az égitestre erősített kisebb napvitorlát tartja a legjobb megoldásnak, ami egy kite-szörfös ernyőjéhez hasonlóan módosítaná annak pályáját.

A cikk eredeti verziójában a napernyő tömegére 35 ezer kilogramm szerepelt. A helyes érték 35 ezer tonna. A hibáért elnézést kérünk.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: