宇宙ミラー（気候工学）

宇宙ミラーは、気候工学の一形態として、地球に影響を与える太陽放射の量を変えるように設計された衛星です。この概念は、1923年に物理学者ヘルマン・オーベルトによって最初に理論化され^{[1] [2] [3] [4]}、その後1980年代に他の科学者によって開発されました。^{[5]宇宙ミラーは、さまざまな目的で地球の特定の地点に到達する太陽​​エネルギーの量を増減するために使用できます。}宇宙の日よけを作成して太陽光を偏向させ、地球温暖化に対抗する太陽地理工学の方法として理論化されています。^{[5] [6]}

宇宙ミラーのコンセプトについてはいくつかの提案がなされてきたが、物流上の懸念と配備の課題のため、ロシアのズナミヤプロジェクト以外ではこれまで実施されたものはない。 ^{[5] [7]}

気候工学の方法として宇宙鏡を建造するという概念は、物理学者ヘルマン・オーベルトによって1923年、1929年、1957年、1978年に提唱され、1980年代には他の科学者によって提唱された。1923年、ヘルマン・オーベルトは著書『惑星^{空間の鏡』 [1]}で初めて直径100～300kmの宇宙鏡について説明しており、これは個別に調整可能な面のグリッドネットワークで構成されていると言われている。ヘルマン・オーベルトが設計した地球周回軌道上の宇宙鏡は、太陽光を地球表面の個々の領域に集中させたり、宇宙に偏向させたりするためのものである。したがって、太陽と地球の間のラグランジュ点に日陰を作ることを考える場合のように、地球の露出面全体で太陽放射を弱めるという問題ではない。軌道上のこれらの巨大な鏡は、個々の都市を照らし、自然災害から守り、天候や気候を制御し、何百億人もの人々の居住空間を増やすために使用できるとヘルマン・オーベルトは書いている。これらの空間鏡によって気圧の高い場所と低い場所の軌道に影響を与えることができるという事実は、オーベルトにとって最も重要に思われた。

他の科学者たちは1980年代に、人類が他の惑星に住むという理論上の将来に備えて、金星の気候を冷却することを提案した。^[8] 1989年、ローレンス・リバモア国立研究所に勤務していたジェームズ・アーリーは、ラグランジュ点L1を周回する直径2,000キロメートル（1,200マイル）の「スペースシェード」の使用を提案した。彼はコストを1兆から10兆米ドルと見積もり、月の岩石を使って月で製造することを提案した。^[8]

宇宙ミラーは、2001 年 9 月に大統領気候変動技術プログラムが主催した「急速または深刻な気候変動への対応オプション」円卓会議でも提案された。ローレンス リバモア国立研究所の上級スタッフ サイエンティストであるローウェルウッドは、太陽光を宇宙に反射するかフィルタリングするために、軌道上に 1 つ以上の金網「ミラー」を配置することを提案した。ウッドは、太陽光の 1% を反射すれば気候の安定性が回復すると計算したが、それには 600,000 平方マイル (1,600,000 km ² ) の面積を持つ単一のミラーか、より小さなミラーが複数必要になる。ウッドは 10 年以上このアイデアを研究していたが、実現不可能なため、地球温暖化問題を解決するためのバックアップ プランにすぎないと考えていた。

2007年1月、ガーディアン紙は、米国政府が宇宙鏡を含む太陽光の偏向に関する研究を、次回の国連気候変動報告書に沿って継続するよう勧告したと報じた。^{[9] [10]}宇宙鏡に加えて、提案された太陽光削減技術には、反射率の高い気球を何千個も打ち上げたり、火山の噴出を模倣するために硫酸塩の液滴を上層大気に注入したりすることが含まれていた。^{[8] [9]}

ハーバード大学のダニエル・シュラグとカルガリー大学のデイビッド・キースは、2007年11月に気候工学会議を開催した。研究コミュニティのコンセンサスは、コストが高いこと、宇宙鏡などのいくつかのアイデアの実現可能性が疑わしいこと、温室効果ガスの排出削減から注意をそらすリスクがあるにもかかわらず、そのようなアイデアをさらに研究する価値があるというものだった。^{[11] [12]}

宇宙ミラーは、紫外線の影響を変える目的で太陽から惑星に到達するエネルギー量を増減するか、または太陽の光条件を変えるために惑星に光を反射するか惑星から光を逸らすように設計されています。^{[13] [14]}宇宙ミラーは太陽放射管理（SRM）の一例であり、「少量の太陽光を宇宙に反射することで気候変動の影響の一部を軽減する理論的アプローチ」です。^{[15] [2]}そのコンセプトは、十分な太陽光を反射して地球の温度を下げ、温室効果ガスの温暖化効果を相殺することです。^{[15] [2]}

これまでの宇宙鏡開発の提案のほとんどは、地球の気候変動の進行を遅らせることを目的としています。^[13]太陽エネルギーの一部を地球の大気から逸らすことで、地球の生態系に入るエネルギーの量が減ります。

宇宙鏡の開発に関するいくつかの提案は、地球の表面の特定の部分を日陰にしたり、小さな部分に太陽光を反射したりすることで、局所的な照明条件を変える能力にも焦点を当てています。^{[13] [2]}これを行うと、地域ごとに異なる気候が可能になり、作物の成長を促進するために追加の太陽光が得られる可能性があります。^{[16]太陽光を反射する最初の実用的な試みは、1990年代にロシアの機関である}Znamyaプロジェクトによって行われました。

気候専門家は、宇宙鏡のような地球工学の提案は、地球を冷却する可能性はあるが、炭素の蓄積による海洋の高酸性度など、他の気候関連の問題には何の利益ももたらさないと警告している。^[13]過去には、悪影響を引き起こすリスクが大きすぎることや、気候変動の一因となる化石燃料の使用を継続するよう人々に促すことを懸念したため、多くの科学者が地球工学を使って気候変動を抑制するという考えに抵抗した。^[13]

時には、政治家は気候工学や宇宙ミラーの提案について議論することに熱心であり、科学者がそれらの実施について考えることに熱心ではない。^[14]ジョージ・W・ブッシュ政権とバラク・オバマ政権の政治家は、米国を拠点とする宇宙ミラーの提案について議論し、資金提供を提案した。しかし、科学者は依然として大きなリスクを懸念している。ブリストル大学のマシュー・ワトソンは、気候工学の潜在的な悪影響に関する500万ポンドの研究調査を主導し、「私たちは気候変動で大惨事に向かって夢遊病のように歩いている。排出量の削減は間違いなく私たちが焦点を当てるべきことだが、失敗しているようだ。ジオエンジニアリングは多くの人々にとって恐ろしいものであり、私もその一人だが、[その実現可能性と安全性]は答えなければならない疑問だ」と述べた。^[14]オックスフォード大学のスティーブ・レイナー教授も気候工学の悪影響、特に人々がその影響について楽観的になりすぎて、気候変動の実際の問題を遅らせる努力をやめてしまう可能性を懸念している。しかし、彼は気候工学を行う潜在的な理由があると述べている。「人々は[気候工学]を絆創膏のように行うことを非難しますが、絆創膏は治癒するときに役立ちます」^[14]

ズナミヤ計画は、1990年代に行われた一連の軌道ミラー実験で、太陽光を反射して地球に太陽エネルギーを送ることを目的とした。ズナミヤ1 、ズナミヤ2、そして失敗したズナミヤ2.5の3つの実験から構成されていた。ズナミヤ1は地上実験であったが、打ち上げられることはなかった。[ ^{17]ズナミヤ2は、ズナミヤ計画で初めて成功した打ち上げであった。無人のプログレスM-15に取り付けられた。 [17]}展開の結果、幅5km、満月並みの明るさの光が照射された。^[17]ズナミヤ3が提案されたが、ズナミヤ2.5の失敗により実行されなかった。^{[17]このプロジェクトは、ズナミヤ2.5の展開失敗後、}ロシア連邦宇宙局によって放棄された。^[7]

地球の気候の変化を緩和または逆転させるための地球工学研究の取り組みは、二酸化炭素除去と太陽放射管理の2つの異なるカテゴリに分けることができます。^[6]二酸化炭素は、大気温度の上昇と海洋の酸性化を引き起こすため、地球上の気候変動の主な原因です。大気からCO2を除去すればこれまでの気候変動を逆転させることができますが_、炭素の除去は太陽放射管理に比べて時間がかかり、困難なプロセスです。^[6]

太陽放射管理は、化石燃料の燃焼とそれに続く温室効果ガスの放出による大気の温暖化の影響を直接緩和する働きをします。^[6]宇宙ミラーは太陽放射を遮断し、太陽からの温暖化の影響を低下させる働きをするため、この地球工学のカテゴリーに分類されます。^[6]

物理学者ヘルマン・オーベルトは、 1923年の最初の提案^[1]に続き、その時点までに達成された技術的進歩を考慮に入れたさらなる出版物を発表しました：1929年の「宇宙飛行への道」^[2] 、 1957年の「宇宙の人々。ロケットと宇宙旅行の新プロジェクト」^[3]、1978年の「宇宙の鏡」^[4] 。ヘルマン・オーベルトの構想では、コスト上の理由から、部品は月で月の鉱物から製造することを想定しています。月の引力が低いため、部品を月軌道に打ち上げるのに必要なエネルギーが少なくて済むためです。さらに、地球の大気は、多くのロケット打ち上げによる負荷を受けません。月面からは、電磁月面スリングショットによって部品が月軌道に打ち上げられ、60°の秤動点で「積み重ね」られる。そこから、部品は彼が設計した^[4]電気宇宙船で反動をほとんど受けずに軌道に運ばれ、直径100～300kmの鏡に組み立てられる。1978年に彼は、実現は2018～2038年の間に期待できると見積もった。

2002 年、航空宇宙コンサルティング会社 STAR テクノロジー アンド リサーチは、ヘルマン オーベルトのコンセプトと同様に、地球近傍軌道を使用するコンセプトを提案しました。スターの専門家は、土星の環の 1 つのような地球の赤道を周回する操縦可能な宇宙ミラーのネットワークにより、平均気温を最大 3 度 (華氏 5.4 度) 下げると同時に、搭載されたソーラー パネルから電力を生成して地球に送信できると計算しました。しかし、このようなアプローチは問題を引き起こす可能性があります。レポートの著者であり、スター テクノロジーの社長であるジェローム ピアソンは、望ましい結果を得るには 500 万の宇宙船が必要であり、個々の宇宙船が 100 年もつとしても、1 日に 137 機の宇宙船を交換または修理する必要があると計算しました。また、宇宙船は地上から見える「星」を作り出すことになります。 （ピアソンのもう一つの仮説的な提案は、同じ位置に反射岩の輪を置くというもので、夜空を12個の満月に相当する明るさで照らすことになる。）^{[5] [18]}

1980年代には、宇宙鏡を使って太陽光を部分的に反射し、地球の大気の温暖化を遅らせる実現可能な方法を見つけようと科学者たちが試みたため、宇宙鏡に関する理論的な提案が増えた。^[5] 1989年、エンジニアのジェームズ・アーリーは、2,000 kmのガラスシールドを提案した。^[19]ガラスシールドは、その巨大な質量のため、月の岩石を使って月に建設する必要がある。^[19]ローレンス・リバモア国立研究所の研究者であるローウェル・ウッドは、地球から約100万マイル離れたラグランジュ点L1の軌道に、単一の巨大な鏡を送ることを提案した。^{[5] [20]}ラグランジュ点1を周回している間、宇宙鏡は追加のエネルギー供給なしに軌道上に留まり、太陽光を遮り続けることができる。^[20] 2006年、アリゾナ大学の研究者ロジャー・エンジェルは、太陽光のわずか1%を遮るだけでも1枚の鏡で約60万平方マイルの面積が必要になるため、コストを削減し実現可能性を高めるために、1枚の大きな鏡ではなく何百万枚もの小さな宇宙鏡を送ることを提案した。^[5]

2020年の米国民主党大統領候補アンドリュー・ヤンは、展開式宇宙ミラー構想で宇宙ミラー運動を復活させた。 ^[21]ヤンの提案によれば、米国の研究者は、すでに軌道上にある衛星と同様に、緊急時に素早く簡単に展開・格納できる格納式宇宙ミラーを搭載した衛星を開発する必要がある。^[21]

シュトゥットガルト大学宇宙システム研究所のタルシャン・マヘスワランとセバスチャン・フィックスは、2021年にラグランジュ点1に国際惑星太陽シールド（IPSS）を開発、建設、輸送するためのロードマップを説明しています。このシールドは太陽光発電所にもなります。ここでも、ヘルマン・オーベルトと同様に、月面での製造、電磁ムーンスリングショット（月コイルガン）の使用、および月から地球と太陽の間のラグランジュ点1へのコンポーネントの輸送が、電気宇宙船（または太陽帆）によって想定されています。著者は、多くの国際活動と、2060年までに太陽光シールドを運用できる可能性に言及しています。^[22]

1993 年のロシアのズナミヤ宇宙鏡実験以降、宇宙鏡の配備に伴う膨大な課題と、その運用に伴う潜在的な影響のため、宇宙鏡の積極的な開発は行われていません。

宇宙に約10万キロメートルの影を作ることができる小型宇宙鏡群の展開と維持には、エネルギー、建設、輸送、地上支援活動などの必要な要素が含まれます。^[23]全体として、宇宙鏡群を建造して宇宙に送る推定コストは約7,500億ドルです。^[23]宇宙鏡が50年の寿命を達成できる場合、年間メンテナンスコストは約1,000億ドルと推定されます。^[23]さらに、寿命の終わりに個々の衛星を交換する必要がある場合は、全体の運用コストは5兆ドルに達します。^[23]

1 台の大型宇宙鏡または多数の小型鏡の配備は、地球の軌道内にある数百万の宇宙ゴミも考慮する必要があります。ほとんどのゴミは小さく、重さは約 1 グラムです。^[23]しかし、速度によっては、そのようなゴミが衛星に衝突すると壊滅的な被害をもたらす可能性があります。そのため、軌道上の衛星は、宇宙鏡によって追跡される宇宙ゴミの進路から外れる操作を行う必要があります。さらに、非常に大きな宇宙鏡を 1 台配備すると、その巨大な表面積が宇宙ゴミの非常に大きな標的になります。そのため、宇宙ゴミと宇宙鏡の潜在的なサイズのために、数百台の宇宙鏡または 1 台の非常に大きな宇宙鏡を操作することは非常に困難であることがわかります。^[23]

太陽放射が地球から直接反射されると、気候に悪影響が出る可能性がある。地球が受ける太陽放射が減ると、地球は寒冷化するが、その結果、予測できない気象パターンが生じる可能性がある。^[14]地球全体の気温低下は水循環に影響を与え、干ばつや洪水の激しさを増す可能性がある。^[14]さらに、気温と気候の変化は、作物の栽培にも悪影響を及ぼす可能性がある。^[24]その結果、太陽放射の反射は世界人口の約65%に悪影響を及ぼす可能性がある。^[14]

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