باحثون من معهد آشر لأبحاث الفضاء في التخنيون، بالتعاون مع المركز الوطني للعلوم والفضاء في دولة الإمارات العربية المتحدة وشركة إيماج سات إنترناشيونال (ISI) تنوي بحلول نهاية العقد لإطلاق قمر صناعي إلى نقطة لاغرانج الأولى (L1) على بعد حوالي مليون ونصف كيلومتر. الغرض من هذا المشروع، المسمى CoolEarth، هو إثبات لأول مرة الجدوى التكنولوجية للقضاء على آثار ظاهرة الاحتباس الحراري من خلال وضع شراع مظلل في الفضاء، والذي سيحجب جزءًا من الإشعاع الشمسي الساقط على الأرض.
يوضح البروفيسور يورام روزين، رئيس معهد آشر لأبحاث الفضاء في التخنيون: "نحتاج إلى فصل الحل العالمي، وهو مشروع ضخم على أي نطاق، عن عرضنا التكنولوجي". "نخطط لإطلاق قمر صناعي نانوي، يصل وزنه إلى خمسة كيلوغرامات، ينشر مظلة مساحتها خمسة أمتار مربعة. هذه مظلة صغيرة في طوفان الطاقة التي تتلقاها الأرض من الشمس، والظل الذي سيلقي به مشروعنا على الأرض لن يكون قابلا للقياس على الإطلاق. الهدف من المشروع ليس تبريد الأرض، ولكن إظهار أن لدينا التكنولوجيا لتبريد الكوكب إذا وعندما نحتاج إليه. سيكون من الممكن أخذ تصميمنا ومضاعفته، في حجم المظلة أو في عدد المظلات التي سيتم وضعها، وفقًا للنتائج التي حصلنا عليها من التجربة."
مظلة بحجم الجزائر
لتبريد الكوكب، نحتاج إلى تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، خاصة تلك التي يتم إطلاقها عند حرق الفحم والنفط والغاز الطبيعي. في الممارسة العملية، هذا لا يحدث. لقد ارتفع متوسط درجة حرارة الأرض بالفعل بمقدار درجة واحدة منذ بدء القياسات، ومن المتوقع أن يكمل ارتفاعا بمقدار درجة ونصف درجة في حياتنا - وهي العتبة التي أشار علماء المناخ إلى أن عبورها سيؤدي إلى أحداث مناخية متطرفة .
بما أن صناع القرار يماطلون في التعامل مع الأزمة، فقد اقترح العلماء بعض خطط الهندسة المناخية - مثل زرع جزيئات الكبريت في طبقة الستراتوسفير التي ستعكس بعض ضوء الشمس إلى الفضاء. ولكن ماذا لو فشلت التجربة؟ ماذا لو خلقت جزيئات الكبريت مشكلة جديدة وغير متوقعة؟ هكذا تبدأ أفلام نهاية العالم. من ناحية أخرى، هناك حل واحد للهندسة المناخية غير الغازية التي لا تعرض المناخ للخطر: وضع جسم في نقطة لاغرانج 1 بين الأرض والشمس، مما يؤدي إلى تشتيت أشعة الشمس وتبريد العالم دون اللعب بالتركيب الكيميائي للهواء أو الأرض. تم اقتراح الفكرة لأول مرة من قبل جيمس إيرلي في عام 1989، في دراسة نشرها في مجلة Journal of the British Interplanetary Society.
"وفقا للحسابات المقبولة،" يوضح البروفيسور روزين، "نحن بحاجة إلى تقليل 2٪ من الإشعاع الشمسي لخفض درجة ونصف - وهو ما نحتاجه الآن. وهذا فوري! أي أنه في فترة زمنية قصيرة جدا، سيخفض التضليل معدل درجات الحرارة في الجو وبعد سنة ستنخفض أيضا درجة حرارة المحيطات".
المشكلة الكبيرة في هذه الفكرة هي هندسية واقتصادية. يقول البروفيسور روزين: "من أجل تقليل 2% من الإشعاع الشمسي، تحتاج إلى وضع تظليل بحجم الجزائر - 2.5 مليون كيلومتر مربع، والحسابات الأكثر تفاؤلاً للتظليل نفسه تتحدث عن غرام لكل متر مربع، أي طن لكل كيلومتر مربع - و2.5 مليون طن من الحمولة للـ L1".
لتجنب الشك، لا يوجد حاليا خيار تقني لمشروع إطلاق صاروخ بحجم جزائري. لكن وفقا للبروفيسور روزين، ليس عليك إطلاق تظليل عملاق واحد، يمكنك إطلاق الكثير من التظليلات الصغيرة التي تناسب منصات الإطلاق الحالية. ورغم أن هذا الحل سيكون مكلفا للغاية أيضا، ويتطلب تجنيدا دوليا كبيرا، إلا أن هذا ليس خيالا علميا، خاصة إذا وصلت أزمة المناخ إلى نقطة متطرفة ستتطلب حلا بسرعة استجابة عالية نسبيا. يقول البروفيسور روزين:" إن أكبر ميزة لهندسة المناخ في الفضاء وليس على الأرض هي التشغيل والإيقاف". "في نهاية المهمة، بعد أن تبرد الأرض أو يتم العثور على حل آخر، سيكون من الممكن ببساطة تحرير وترك التظليلات تسقط على الشمس، ببطء حتى لا ترفع درجة الحرارة دفعة واحدة ودون تغيير أي شيء في العالم."
التحدي: عدم تحويل التظليل الى شراع شمسي- والإنجراف مع التيار
ومن أجل إثبات جدوى مشروع CoolEarth، سيتعين عليه مواجهة بعض التحديات التكنولوجية الصعبة. يقول البروفيسور روزين: "نقطة لاغرانج 1 هي نقطة يوجد فيها توازن بين قوى الجاذبية للأرض والشمس". "تشير هذه النقطة إلى حقيقة أن الجسم الموجود فيه سوف يدور حول الشمس مع الأرض وسيكون دائما بين الأرض والشمس، وبالتالي يلقي بظلاله على الأرض. لكن في هذه المرحلة يكون التوازن غير مستقر. إذا حاولنا تثبيت قلم رصاص على الحافة، فمن الواضح أن هناك نقطة توازن – لكننا لن نصل إليها أبدا. علينا دائما أن نضع بعض الطاقة في تحريك القلم قليلا إلى اليسار أو اليمين حتى لا يسقط. اذاً، للحفاظ على الجسم عند L1، نحتاج إلى نظام دفع لدفعه إلى اليسار واليمين. لكن التظليل الذي سيوضع في L1 سيحتاج إلى نظام دفع للبقاء في المدار".
بالإضافة إلى مشكلة الثبات، يُمارس الإشعاع الشمسي أيضا قوة على الشراع. قد لا يكون للفوتونات كتلة، إلا أنها تمتلك زخمًا، والخلية الموضوعة في L1 لإبطاء الفوتونات ستُصبح نوعًا من الشراع الشمسي: سوف يغسلها تدفق الفوتونات أيضًا، وسوف تنجرف إلى الأرض.
"في الواقع، علينا إجراء العمليات الحسابية مرة أخرى، وإضافة قوى الجاذبية إلى ضغط الإشعاع – وهكذا نحصل على نقطة توازن جديدة، دعنا نسميها +L1، وهي أقرب قليلا إلى الشمس من L1. وهي أيضا مثل L1، غير مستقرة. هناك حاجة الى نظام تحريك لإبقاء جسم عند المستوى +L1. تكمن المشكلة في أن نظام الدفع دائمًا ما يكون حلاً هندسيًا معقدًا ومرهقًا، مما يفتح الباب أمام الأعطال الفنية - ناهيك عن الوزن الإضافي للمركبة الفضائية. حلنا هو حل مادي بدلا من حل تكنولوجي: تقع بين L1 و +L1 وهكذا. مثل الستارة الفينيسية، سوف نلعب مع تدفق الضوء للتحرك ذهابًا وإيابًا، مرة إلى L1 ومرة إلى +L1. بحسب حساباتنا، وبالنسبة لأبعاد نظامنا، فإن المسافة بين L1 و+L1 هي 25,000 كيلومتر، مما يمنحنا 75 يومًا من الانجراف مع الإشعاع لتدوير القمر الصناعي النانوي إلى نقطة البداية - وهكذا دواليك. في الواقع، نحن نجري هذه الأيام تجارب على التوزيع الكهرومغناطيسي حتى لا نحتاج حتى إلى الهيكل العظمي للتظليل - الذي قد لا ينفتح بشكل صحيح - ولكن لنشحن التظليل كهربائيا، بحيث نبقي الشحنة الكهربائية مفتوحة دون الحاجة إلى هيكل. أي أن، الحل المادي سيعطي ردا على التحدي الميكانيكي".
وفقًا للباحثين، سيتم إطلاق العرض التكنولوجي Cool Earth إلى L1 في وقت لاحق من هذا العقد، ولكن ماذا بعد؟ يعتقد البروفيسور روزين أنه إذا احتجنا إلى إنقاذ البشرية من نفسها، فقد يكون هذا التظليل هو الحل.
"الشخص الذي جذبني إلى الفكرة كان رجل الأعمال إيلي ياهالوم ، الذي أنشأ فريق عصف ذهني مثير للإعجاب للغاية. لم تكن الأفكار المقدمة هناك قابلة للتطبيق، لكن الفريق ألهمني لإنقاذ العالم بمساعدة الفيزياء. يأخذ متظاهر التكنولوجيا لدينا حلا قديما تم اقتراحه- ويحاول تحسينه بحيث يكون حلا عمليا.