¿Una solución audaz para luchar contra el cambio climático?

En un día frío de invierno, el calor del sol es bienvenido. Sin embargo, a medida que la humanidad emite más y más gases de efecto invernadero, la atmósfera terrestre atrapa más y más energía solar y aumenta constantemente la temperatura de la tierra. Una estrategia para revertir esta tendencia es interceptar una fracción de la luz solar antes de que llegue a nuestro planeta. Durante décadas, los científicos han considerado usar pantallas, objetos o partículas de polvo para bloquear suficiente radiación solar, entre 1 y 2%, para mitigar los efectos del calentamiento global.

Un estudio realizado por la Universidad de Utah exploró el potencial del uso de polvo para proteger la luz solar. Analizaron diferentes propiedades de las partículas de polvo, cantidades de polvo y las órbitas que serían más adecuadas para dar sombra a la Tierra. Los autores encontraron que lanzar polvo desde la Tierra a una estación de paso en el «Punto de Lagrange» entre la Tierra y el Sol (L1) sería más efectivo pero requeriría un costo y esfuerzo astronómico. Una alternativa es usar polvo lunar. En cambio, los autores argumentan que lanzar polvo lunar desde la luna podría ser una forma económica y efectiva de oscurecer la Tierra.

Corriente de polvo simulada lanzada entre la Tierra y el sol. Esta nube de polvo se muestra cruzando el disco del sol, visto desde la Tierra. Corrientes como esta, incluidas las lanzadas desde la superficie lunar, pueden actuar como una sombrilla temporal. Crédito: Ben Bromley/Universidad de Utah

El equipo de astrónomos aplicó una técnica utilizada para estudiar la formación de planetas alrededor de estrellas distantes, su objetivo habitual de investigación. La formación de planetas es un proceso complicado que levanta una gran cantidad de polvo astronómico que puede formar anillos alrededor de la estrella anfitriona. Estos anillos interceptan la luz de la estrella central y la vuelven a irradiar para que podamos detectarla en la Tierra. Una forma de descubrir estrellas formadoras de planetas es buscar estos anillos de polvo.

“Esa fue la semilla de la idea; si tomáramos una pequeña cantidad de material y lo pusiéramos en una órbita especial entre la Tierra y el Sol y lo dividiéramos, podríamos bloquear una gran cantidad de luz solar con una pequeña cantidad de masa», dijo Ben Bromley, profesor de física y astronomía. y autor principal principal del estudio.

Una simulación del polvo arrojado desde la estación intermedia en el punto 1 de Lagrange. La sombra proyectada sobre la Tierra está exagerada para mayor claridad. Crédito: Ben Bromley

«Es asombroso contemplar cómo el polvo lunar, que tardó más de cuatro mil millones de años en generarse, podría ayudar a frenar el aumento de la temperatura de la Tierra, un problema que tardó menos de 300 años en producirse», dijo Scott Kenyon, coautor del estudio. estudio del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian.

El artículo fue publicado recientemente en la revista PLOS Clima.

Proyectar sombra

La eficacia general de un escudo depende de su capacidad para mantener una órbita que proyecta una sombra sobre la Tierra. Sameer Khan, estudiante de pregrado y coautor del estudio, dirigió la exploración inicial donde las cuencas de los ojos podrían retener el polvo en su lugar el tiempo suficiente para proporcionar una sombra adecuada. El trabajo de Khan demostró la dificultad de mantener el polvo donde se necesita.

«Debido a que conocemos las posiciones y masas de los principales cuerpos celestes de nuestro sistema solar, simplemente podemos usar las leyes de la gravedad para trazar la posición de un escudo solar simulado a lo largo del tiempo durante varias órbitas», dijo Khan.

Dos escenarios eran prometedores. En el primer escenario, los autores colocaron una plataforma espacial en el punto L1 de Lagrange, el punto más cercano entre la Tierra y el Sol donde se equilibran las fuerzas gravitatorias. Los objetos en los puntos de Lagrange tienden a permanecer a lo largo de un camino entre los dos cuerpos celestes, razón por la cual el[{» 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