जलवायु परिवर्तन से निपटने के लिए एक साहसिक समाधान?

एक धूल भरा चंद्र परिदृश्य, जैसा कि नासा की उन्नत अवधारणा प्रयोगशाला द्वारा कल्पना की गई है। साभार: नासा

कड़ाके की ठंड के दिन, सूरज की गर्मी सबसे स्वागत योग्य होती है। हालाँकि, जैसे-जैसे मानवता अधिक से अधिक ग्रीनहाउस गैसें छोड़ती है, पृथ्वी का वातावरण सूर्य की ऊर्जा को अधिक से अधिक फँसाता है और पृथ्वी को लगातार गर्म करता है। इस प्रवृत्ति को उलटने की एक रणनीति यह है कि सूर्य के प्रकाश को हमारे ग्रह तक पहुंचने से पहले ही रोक लिया जाए। दशकों से, वैज्ञानिकों ने ग्लोबल वार्मिंग के प्रभावों को कम करने के लिए – 1 या 2% के बीच – पर्याप्त सूर्य के विकिरण को रोकने के लिए स्क्रीन, वस्तुओं या धूल के कणों का उपयोग करने पर विचार किया है।

यूटा विश्वविद्यालय के नेतृत्व में एक अध्ययन ने सूरज की रोशनी को दूर करने के लिए धूल का उपयोग करने की संभावना का पता लगाया। उन्होंने धूल के कणों के विभिन्न गुणों, धूल की मात्रा और छाया पृथ्वी के लिए सबसे उपयुक्त कक्षाओं का विश्लेषण किया। लेखकों ने पाया कि पृथ्वी-सूर्य “लैग्रैंगियन पॉइंट” (L1) के मार्ग में पृथ्वी से एक स्टेशन तक धूल की शूटिंग अधिक कुशल होगी, लेकिन इसके लिए एक खगोलीय लागत और प्रयास की आवश्यकता होगी। एक विकल्प है मूनडस्ट का उपयोग करना। लेखकों का तर्क है कि चंद्रमा से चंद्र धूल की रिहाई पृथ्वी को छाया देने का एक सस्ता और प्रभावी तरीका हो सकता है।

पृथ्वी और सूर्य के बीच धूल की एक धारा का नकली विमोचन। यह धूल का बादल पृथ्वी से सूर्य की डिस्क को पार करते हुए दिखाई देता है। इस तरह की धाराएँ, जिनमें चंद्र सतह से छोड़ी गई धाराएँ भी शामिल हैं, सूर्य के लिए एक अस्थायी छतरी के रूप में कार्य कर सकती हैं। क्रेडिट: बेन ब्रोमली / यूटा विश्वविद्यालय

खगोलविदों की टीम ने दूर के तारों के चारों ओर ग्रहों के निर्माण का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली तकनीक को लागू किया, जो उनका सामान्य शोध फोकस है। ग्रह निर्माण एक अराजक प्रक्रिया है जो बहुत सारी ब्रह्मांडीय धूल छोड़ती है जो मेजबान तारे के चारों ओर छल्ले बना सकती है। ये वलय केंद्रीय तारे से प्रकाश को रोकते हैं और इसे इस तरह से फिर से विकीर्ण करते हैं कि हम पृथ्वी पर इसका पता लगा सकें। नए ग्रह बनाने वाले सितारों की खोज करने का एक तरीका इन धूल भरे छल्लों की तलाश करना है।

“यह विचार का बीज था,” भौतिक विज्ञान और खगोल विज्ञान के प्रोफेसर और अध्ययन के प्रमुख लेखक बेन ब्रोमली ने कहा।

Lagrange बिंदु 1 पर वेस्टेशन से जारी धूल का अनुकरण। स्पष्टता के लिए जमीन पर छाया अतिरंजित है। साभार: बेन ब्रोमली

सेंटर फॉर एस्ट्रोफिजिक्स के अध्ययन के सह-लेखक स्कॉट केन्यान ने कहा हार्वर्ड और स्मिथसोनियन।

पेपर हाल ही में जर्नल में प्रकाशित हुआ था पीएलओएस जलवायु.

डाली छाया

ढाल की समग्र प्रभावशीलता पृथ्वी को छाया देने वाली कक्षा को बनाए रखने की क्षमता पर निर्भर करती है। एक स्नातक छात्र और अध्ययन के सह-लेखक समीर खान ने प्रारंभिक अन्वेषण का नेतृत्व किया कि ऑर्बिटल्स पर्याप्त छायांकन प्रदान करने के लिए लंबे समय तक स्थिति में धूल को फंसा सकते हैं। खान के काम ने जहां आप चाहते हैं वहां धूल रखने की कठिनाई का प्रदर्शन किया।

खान ने कहा, “चूंकि हम अपने सौर मंडल में प्रमुख खगोलीय पिंडों के स्थानों और द्रव्यमान को जानते हैं, इसलिए हम समय के साथ कई अलग-अलग कक्षाओं के लिए सूर्य ढाल की अनुरूपित स्थिति को ट्रैक करने के लिए गुरुत्वाकर्षण के नियमों का उपयोग कर सकते हैं।”

दो आशाजनक परिदृश्य थे। पहले परिदृश्य में, लेखक L1 लैग्रेंज बिंदु पर एक अंतरिक्ष मंच रखते हैं, जो पृथ्वी और सूर्य के बीच निकटतम बिंदु है जहां गुरुत्वाकर्षण बल संतुलित होते हैं। Lagrangian बिंदुओं में वस्तुएं दो खगोलीय पिंडों के बीच एक पथ के साथ रहती हैं, यही कारण है कि[{” attribute=””>James Webb Space Telescope (JWST) is located at L2, a Lagrange point on the opposite side of the Earth.

A simulation of dust launched from the moon’s surface as seen from Earth. Credit: Ben Bromley

In computer simulations, the researchers shot test particles along the L1 orbit, including the position of Earth, the sun, the moon, and other solar system planets, and tracked where the particles scattered. The authors found that when launched precisely, the dust would follow a path between Earth and the sun, effectively creating shade, at least for a while. Unlike the 13,000-pound JWST, the dust was easily blown off course by the solar winds, radiation, and gravity within the solar system. Any L1 platform would need to create an endless supply of new dust batches to blast into orbit every few days after the initial spray dissipates.

“It was rather difficult to get the shield to stay at L1 long enough to cast a meaningful shadow. This shouldn’t come as a surprise, though, since L1 is an unstable equilibrium point. Even the slightest deviation in the sunshield’s orbit can cause it to rapidly drift out of place, so our simulations had to be extremely precise,” Khan said.

In the second scenario, the authors shot lunar dust from the surface of the moon towards the sun. They found that the inherent properties of lunar dust were just right to effectively work as a sun shield. The simulations tested how lunar dust scattered along various courses until they found excellent trajectories aimed toward L1 that served as an effective sun shield. These results are welcome news, because much less energy is needed to launch dust from the moon than from Earth. This is important because the amount of dust in a solar shield is large, comparable to the output of a big mining operation here on Earth. Furthermore, the discovery of the new sun-shielding trajectories means delivering the lunar dust to a separate platform at L1 may not be necessary.

Just a moonshot?

The authors stress that this study only explores the potential impact of this strategy, rather than evaluate whether these scenarios are logistically feasible.

“We aren’t experts in climate change, or the rocket science needed to move mass from one place to the other. We’re just exploring different kinds of dust on a variety of orbits to see how effective this approach might be. We do not want to miss a game changer for such a critical problem,” said Bromley.

One of the biggest logistical challenges—replenishing dust streams every few days—also has an advantage. Eventually, the sun’s radiation disperses the dust particles throughout the solar system; the sun shield is temporary and shield particles do not fall onto Earth. The authors assure that their approach would not create a permanently cold, uninhabitable planet, as in the science fiction story, “Snowpiercer.”

“Our strategy could be an option in addressing climate change,” said Bromley, “if what we need is more time.”

Reference: “Dust as a solar shield” by Benjamin C. Bromley, Sameer H. Khan and Scott J. Kenyon, 8 February 2023, PLOS Climate.
DOI: 10.1371/journal.pclm.0000133