חוקרים ממכון אשר לחקר החלל בטכניון, בשיתוף המרכז הלאומי לחלל ומדעים באיחוד האמירויות וחברת אימאג'סאט אינטרנשיונל (ISI) מתכוונים עד סוף העשור לשגר לוויין לנקודת לגראנז' הראשונה (L1) במרחק כמיליון וחצי ק"מ. מטרת פרויקט זה, שנקרא CoolEarth, היא להדגים לראשונה את ההיתכנות הטכנולוגית של ביטול השפעות ההתחממות הגלובלית באמצעות הצבת מפרש הצללה בחלל, שיחסום חלק מקרינת השמש שנופלת על כדור הארץ.
"צריך להפריד בין הפתרון הגלובלי, שהוא פרויקט ענק בכל קנה מידה, למדגים הטכנולוגי שלנו", מסביר פרופ' יורם רוזן, ראש מכון אשר לחקר החלל בטכניון. "אנחנו מתכננים לשגר ננו-לוויין, במשקל של עד חמישה ק"ג, שיפרוש צילייה בגודל של חמישה מ"ר. זאת מטרייה זעירה אחת במבול של אנרגיה שכדור הארץ מקבל מהשמש, והצל שהפרויקט שלנו יטיל על הארץ לא יהיה מדיד בכלל. מטרת הפרויקט אינה לקרר את כדור הארץ, אלא להראות שיש לנו את הטכנולוגיה לקרר את כדור הארץ אם וכאשר נידרש לכך. את התכנון שלנו אפשר יהיה לקחת ולהכפיל, בגודל הצילייה או במספר הציליות שיש להציב, לפי התוצאות שנקבל מהניסוי".
שמשייה בגודל אלג'יריה
כדי לקרר את כדור הארץ צריך להפחית את פליטת גזי החממה, ובעיקר אלה שמשתחררים בעת שריפת פחם, נפט וגז טבעי. בפועל, זה לא קורה. הטמפרטורה הממוצעת של כדור הארץ כבר התחממה במעלה שלמה מאז שהחלו המדידות, והיא צפויה להשלים התחממות של מעלה וחצי בימי חיינו – רף שמדעני האקלים סימנו כי חצייתו תוביל לאירועי קיצון אקלימיים.
מאחר שמקבלי ההחלטות סוחבים רגליים בטיפול במשבר, מדענים הציעו כמה תוכניות להנדסת אקלים – כמו לזרוע חלקיקי גופרית בסטרטוספרה שישקפו חלק מאור השמש חזרה לחלל. אבל מה אם הניסוי ייכשל? מה אם חלקיקי הגופרית ייצרו בעיה חדשה ובלתי צפויה? ככה מתחילים סרטי אפוקליפסה. לעומת זאת, יש פתרון אחד של הנדסת אקלים לא-פולשנית, כלומר שאינו מסכן את האקלים: הצבת עצם בנקודת לגראנז' 1 בין הארץ לשמש, שיפזר את קרני השמש וייקרר את העולם מבלי לשחק עם ההרכב הכימי של האוויר או האדמה. את הרעיון הציע לראשונה ג'יימס ארלי ב-1989, במחקר שפרסם בכתב העת Journal of the British Interplanetary Society.
"לפי החישובים המקובלים", מסביר פרופ' רוזן, "צריך להפחית 2% מקרינת השמש כדי להוריד מעלה וחצי – שזה מה שאנחנו צריכים כרגע. וזה מיידי! כלומר, בזמן קצר מאוד הצללה תוריד את ממוצע הטמפרטורות באוויר ועד שנה אחר כך תרד גם טמפרטורת האוקיינוסים".
הבעיה העצומה ברעיון הזה היא הנדסית וכלכלית. "כדי להפחית 2% מקרינת השמש צריך להציב צילייה בגודל אלג'יריה – 2.5 מיליון קמ"ר", אומר פרופ' רוזן, "והחישובים האופטימיים ביותר של הצילייה עצמה מדברים על גרם למטר מרובע, דהיינו טונה לקמ"ר – ו-2.5 מיליון טונות מטען ל-L1".
למען הסר ספק, אין היום אפשרות טכנית לפרויקט שיגור צילייה בגודל אלג'יריה. אבל לדברי פרופ' רוזן, לא צריך לשגר צילייה אחת ענקית, אפשר לשגר המון ציליות קטנות שנכנסות למשגרים הקיימים. אמנם גם פתרון זה יהיה יקר מאוד, שיצריך התגייסות בינלאומית משמעותית, אך לא מדובר במדע בדיוני, במיוחד אם המשבר האקלימי יגיע לנקודת קיצון שתצריך פיתרון עם מהירות תגובה גבוהה יחסית. "היתרון הכי גדול של הנדסת אקלים בחלל במקום בכדור הארץ הוא 'און-אוף'", אומר פרופ' רוזן. "בסיום המשימה, אחרי שכדור הארץ יתקרר או שימצאו פתרון אחר, אפשר יהיה פשוט לשחרר ולתת ללהק הציליות ליפול לשמש, לאט לאט כדי לא להקפיץ את הטמפרטורה בבת אחת ומבלי לשנות דבר בעולם".
האתגר: לא להפוך את הצילייה למפרשית שמש – ולהיסחף עם השטף
לצורך הוכחת ההיתכנות, פרויקט CoolEarth יצטרך להתמודד עם כמה אתגרים טכנולוגים לא פשוטים. "נקודת לגראנז' 1 היא נקודה שבה מתקיים שיווי משקל בין כוחות הכבידה של הארץ והשמש", אומר פרופ' רוזן. "נקודה זו מתייחדת בכך שגוף שיימצא בה יקיף את השמש יחד עם כדור הארץ ותמיד יימצא בין הארץ לשמש, וכך יוכל להטיל צל על הארץ. אבל בנקודה זו שיווי המשקל אינו יציב. אם ננסה לייצב עיפרון על החוד, ברור שיש נקודת שיווי משקל – אבל לעולם לא נגיע אליה. תמיד נצטרך להשקיע קצת אנרגיה על מנת להזיז את העיפרון טיפה שמאלה או ימינה כדי שהוא לא ייפול. ובכן, כדי לשמור על גוף ב-L1 צריך מערכת הנעה שתדחוף אותו שמאלה וימינה. אבל צילייה שתוצב ב-L1 תצריך מערכת הנעה כדי להישאר במסלול".
בנוסף לבעיית היציבות, גם קרינת השמש מפעילה כוח על המפרש. לפוטונים אמנם אין מסה אך יש מומנטום, וצילייה שתוצב ב-L1 כדי לבלום את הפוטונים תהפוך למעין מפרשית שמש: שטף הפוטונים ישטוף גם אותה – והיא תיסחף לכדור הארץ.
"למעשה עלינו לעשות מחדש את החשבון, ולהוסיף לשני כוחות הכבידה את לחץ הקרינה – וכך נקבל נקודת שיווי משקל חדשה, נקרא לה +L1, שהיא קצת יותר קרובה לשמש מאשר L1. גם היא, כמו L1, אינה יציבה. צריך מערכת הנעה כדי להשאיר עצם ב-+L1. הבעיה שמערכת הנעה היא תמיד פתרון הנדסי מורכב ומסורבל, שפותח פתח לתקלות טכניות – שלא לדבר על המשקל הנוסף לחללית. הפתרון שלנו הוא פתרון פיזיקלי במקום טכנולוגי: ליפול בין L1 ל-+L1 וחוזר חלילה. כמו תריס ונציאני, נשחק עם שטף האור כדי לנוע הלוך חזור, פעם ל-L1 ופעם ל-+L1. לפי החישובים שלנו, ועבור ממדי המערכת שלנו, המרחק בין L1 ל-+L1 הוא 25,000 ק"מ, מה שמעניק לנו 75 ימים של היסחפות עם הקרינה כדי לסובב את הננו-לוויין לנקודת ההתחלה – וחוזר חלילה. למעשה, בימים אלה אנחנו עורכים ניסויים בפרישה אלקטרומגנטית כדי לא להזדקק אפילו לשלד הצילייה – שעלול לא להיפתח כמו שצריך – אלא לטעון את הצילייה חשמלית, כך שהמטען החשמלי יחזיק אותה פתוחה ללא צורך בשלד. כלומר, פיתרון פיזיקלי שייתן מענה לאתגר המכני".
לדברי החוקרים, המדגים הטכנולוגי Cool Earth ישוגר ל-L1 עוד במהלך העשור הנוכחי, אבל מה הלאה? פרופ' רוזן מאמין שאם נצטרך להציל את האנושות מעצמה – הצללה כזאת עשויה להיות הפתרון.
"מי שמשך אותי לרעיון הוא היזם אלי יהלום, שיצר צוות סיעור מוחות מרשים ביותר. הרעיונות שהוצעו שם לא היו ישימים, אבל הצוות עורר בי את הרצון להציל את העולם בעזרת פיזיקה. המדגים הטכנולוגי שלנו לוקח פתרון ישן שהוצע – ומנסה לדייק אותו כדי שהוא יהיה פתרון בר ביצוע.