Dùng Mặt trăng đối phó Mặt trời để Trái đất bớt nóng

Vị vua trị vì lâu nhất trong lịch sử nước Pháp, Louis 14, được mệnh danh là le Roi Soleil hay "Vua Mặt trời" vì tình yêu bất diệt của ông đối với... múa ba lê. Điều đó vốn không liên quan gì đến ngôi sao ở trung tâm hệ Mặt trời của chúng ta. Nhưng thật kỳ lạ, dưới triều đại của Louis 14, Mặt trời bắt đầu hoạt động hơi kỳ lạ.

Vào khoảng năm 1645, hành vi của Mặt trời đã thay đổi. Vết đen trên Mặt trời trở nên cực kỳ hiếm quan sát thấy. Trong một số năm, không có vết đen nào được phát hiện cả. Năng lượng của Mặt trời giảm xuống. Thời kỳ này, được gọi là Cực tiểu Maunder, xảy ra trong một "Kỷ băng hà nhỏ" và trùng với một đợt lạnh đặc biệt ở Bắc Đại Tây Dương vào khoảng năm 1650.

Ngày nay, mọi thứ đang đi theo hướng ngược lại. Trái đất đang ấm lên ngay cả khi năng lượng của mặt trời vẫn khá ổn định. Lý do chính cho sự gia tăng nhiệt độ này là việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, giải phóng khí carbon dioxide vào khí quyển, tạo hiệu ứng nhà kính giữ nhiệt. Nếu không nhanh chóng kiềm chế lượng khí thải CO2, nhiệt độ trong vài thập kỷ tới được dự báo sẽ tăng hơn 1,5 độ C so với mức thời kỳ tiền công nghiệp. Trong trường hợp xấu nhất, nhiệt độ tăng vượt quá 2 độ và thậm chí 3 độ.

Trong vài năm qua, một kỹ thuật gây tranh cãi đã được đưa ra như một giải pháp: Tại sao không làm mờ Mặt trời? Quá trình này, được gọi là địa kỹ thuật năng lượng mặt trời, có thể liên quan đến một số cơ chế khác nhau, nhưng một trong những ý tưởng được tranh luận sôi nổi hơn là phun các hạt lưu huỳnh vào khí quyển, trong một quá trình mô phỏng bắt chước sự phun trào của núi lửa. Các hạt phản xạ sau đó sẽ dội lại các tia nắng mặt trời vào không gian.

Các nhà khoa học và chuyên gia vẫn chưa tin rằng việc thử điều này nhất thiết phải là một ý tưởng hay — nó không giải quyết được nguyên nhân cơ bản của biến đổi khí hậu và những hậu quả tiềm tàng vẫn chưa được con người hiểu một cách đầy đủ. Có một khả năng khác không là việc can thiệp vào bầu khí quyển có thể mang lại những thay đổi không thể đảo ngược mà chúng ta chưa xem xét và chưa chuẩn bị sẵn sàng. Điều đó cũng có thể khiến chúng ta tin rằng có một cách để đảo ngược biến đổi khí hậu mà không làm giảm lượng khí thải carbon.

Nhưng, điều gì sẽ xảy ra nếu thay vì gửi các hạt phản xạ vào bầu khí quyển, chúng ta lại thả chúng vào không gian? Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta thử một số kỹ thuật thiên văn?

Trong một bài báo mới, đăng trên tạp chí PLOS Climate hôm 8.2, các nhà khoa học thảo luận về các kịch bản để thực hiện điều đó, che chắn tia nắng mặt trời khỏi Trái đất bằng cách lắng đọng các hạt phản xạ - bụi - trong không gian. Sử dụng các mô phỏng trên máy tính, nhóm đã phát hiện ra rằng một khả năng là sử dụng bụi mặt trăng, thổi nó từ bề mặt mặt trăng vào không gian và tạo ra sự mờ đi tạm thời cho ngôi sao nhà của chúng ta.

Benjamin Bromley, nhà vật lý thiên văn lý thuyết tại Đại học Utah và là tác giả đầu tiên của bài báo, lưu ý rằng họ không bắt đầu phát triển giải pháp khí hậu và họ cũng không phải là nhà khoa học khí hậu. Dòng nghiên cứu bình thường của Bromley liên quan đến việc nghiên cứu cách các hành tinh hình thành — và trong quá trình đó, bản thân Bromley cùng với sinh viên khoa học máy tính Sameer Khan và Scott Kenyon, thuộc đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian, đã tìm thấy nguồn cảm hứng cho ý tưởng trên.

Bromley nói: “Việc tạo ra các hành tinh liên quan đến sự va chạm và chúng tôi đã học được từ nghiên cứu đó rằng một lượng bụi tương đối nhỏ có thể giúp ích rất nhiều trong việc chặn ánh sáng của các vì sao. Điều đó khiến chúng tôi nghĩ về bụi như một cách để làm mờ Mặt trời".

Bromley lưu ý rằng đề xuất này sẽ bắt chước kịch bản xảy ra trong Kỷ băng hà nhỏ, khi Louis 14 trị vì nước Pháp. Bạn sẽ cần rất nhiều bụi, nhưng miễn là bạn có thể đưa nó vào không gian, về cơ bản, nó sẽ hoạt động để giảm bức xạ mặt trời, chặn khoảng 1% đến 2% ánh sáng.

Một trong những ý tưởng đầu tiên của nhóm là đặt một giàn phun bụi không gian tại điểm Lagrange L1, nằm cách quỹ đạo Trái đất khoảng 900.000 dặm, ngay giữa Mặt trời và Trái đất. Tại thời điểm này, các vật thể bị mắc kẹt tại chỗ bởi lực hấp dẫn cân bằng từ hai vật thể. (Trong khi đó, điểm Lagrange đối diện, L2, là nơi đặt Kính viễn vọng Không gian James Webb, bên ngoài quỹ đạo Trái đất).

Vấn đề, trong các mô phỏng, là bụi sẽ nhanh chóng bị thổi bay khỏi điểm L1. Nó không đủ ổn định để giữ tấm chắn bụi tại chỗ.

Vì vậy, họ nhìn gần nhà hơn một chút: mặt trăng. Họ đã tạo ra các mô phỏng chứng minh việc phóng các hạt bụi từ mặt trăng về phía L1 là chiến lược hứa hẹn nhất. Bromley phân tích: “Bụi mặt trăng nổi bật vì hai lý do. Thứ nhất, nó có thể khá hiệu quả trong việc làm chệch hướng ánh sáng mặt trời, và thứ hai, hóa ra kích thước hạt hiệu quả nhất lại có nhiều nhất trên bề mặt mặt trăng".

Bromley lưu ý rằng đây là một bất ngờ thú vị và là điều mà họ không hề biết khi tham gia dự án. Tuy nhiên, một trong những vấn đề là cần bao nhiêu bụi. Sẽ rất tốn kém nếu liên tục gửi các tên lửa chứa đầy bụi không gian đến vị trí tập kết ở L1, vì vậy mặt trăng mang lại lợi thế thứ hai.

Bromley phân tích tiếp: “Nếu chúng ta có thể đưa cơ sở hạ tầng lên bề mặt mặt trăng, việc phóng bụi từ đó sẽ dễ dàng hơn nhiều do lực hấp dẫn của mặt trăng yếu hơn so với Trái đất”.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra khi bụi ở ngoài không gian? May mắn thay, các mô phỏng cho thấy rằng các hạt bụi đã không kết thúc bằng cơn mưa xuống Trái đất. Thay vào đó, chúng sẽ trôi dạt ra khỏi hệ Mặt trời, trên hành trình vào bóng tối vô tận.

Đề xuất của bộ ba nhà khoa học trên không phải là lá chắn năng lượng mặt trời dựa trên không gian duy nhất được đề xuất. Một đề xuất tương tự về sử dụng bụi mặt trăng đã được đưa ra vào năm 2007 bởi Curtis Struck tại Đại học Bang Iowa. Năm ngoái, một nhóm các nhà khoa học tại MIT đã đề xuất ý tưởng về "bong bóng không gian". Ý tưởng chính xác như tên gọi của nó: tạo ra một đám bong bóng trong không gian, tại L1, để làm chệch hướng ánh sáng mặt trời chiếu tới.

Tất cả các phương pháp này đều đi kèm với một lời cảnh báo: Chúng sẽ không được triển khai đủ nhanh để ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ hiện tại. Nhưng nếu chúng ta đẩy hành tinh vào một con đường không thể đảo ngược: một hành tinh nhà kính, chúng ta có thể cần chuyển sang giải pháp "phá kính trong trường hợp khẩn cấp". Chúng ta có thể thêm bụi mặt trăng vào danh sách đó.

Bromley nói: "Nếu chúng ta đạt đến điểm mà việc làm mờ mặt trời là một bước cần thiết, thì bụi mặt trăng nên được khám phá như một lựa chọn, bất chấp những thách thức về công nghệ".

Các điểm Lagrange là các tình trạng yên tĩnh của các vòng tròn bị hạn chế luận đề ba vật thể. Ví dụ, có hai vật thể quay theo quỹ đạo tròn xung quanh một khối lượng vật thể trung tâm, có năm điểm trong không gian nơi một vật thể thứ ba, hay một khối lượng không đáng kể, có thể hiện diện và giữ nguyên vị trí tương đối của nó so với hai vật thể lớn kia. Như được thấy trong một cơ cấu tham khảo mà sự quay của nó có cùng thời gian với hai vật thể cùng quỹ đạo ở trên, trường hấp dẫn của hai vật thể lớn tổng hợp lại với một lực ly tâm cân băng tại các điểm Lagrange, cho phép vật thể thứ ba nằm yên so với hai vật thể kia.

Trong trường hợp này, điểm Lagrange là các vị trí trong không gian nơi lực hấp dẫn của hai hệ vật thể như Mặt trời và Trái đất tạo ra các vùng hút và đẩy tăng cường. Chúng có thể được sử dụng bởi tàu vũ trụ để giảm tiêu thụ nhiên liệu cần thiết để duy trì vị trí. Điểm Lagrange được đặt tên để vinh danh nhà toán học người Pháp gốc Ý Josephy-Louis Lagrange.

Trong số năm điểm Lagrange, có  ba điểm không ổn định và hai điểm ổn định. Các điểm Lagrange không ổn định - là L1, L2 và L3 - nằm dọc theo đường nối hai thiên thể có khối lượng lớn. Các điểm Lagrange ổn định - là L4 và L5 - là đỉnh của hai tam giác cân mà hai đỉnh còn lại là hai thiên thể có lượng lớn. L4 ở phía trước quỹ đạo Trái đất và L5 theo sau.

Điểm L1 của hệ Trái đất - Mặt trời cho tầm nhìn không bị gián đoạn về Mặt Trời và hiện là nơi đặt vệ tinh của quan sát Mặt trời và nhật quyển SOHO .

Điểm L2 của hệ Trái đất - Mặt trời là nơi đặt tàu vũ trụ WMAP, ngôi nhà hiện tại của Planck và ngôi nhà tương lai của Kính viễn vọng Không gian James Webb. L2 là nơi lý tưởng cho thiên văn vì tàu vũ trụ đủ gần để dễ dàng giao tiếp với Trái đất. 

NASA khó có thể tìm thấy bất kỳ lợi ích nào đối với điểm L3 vì nó luôn luôn bị che khuất sau Mặt trời. 

Các điểm L4 và L5 là nơi có quỹ đạo ổn định miễn là tỷ số khối lượng giữa hai khối lượng lớn vượt quá 24,96. Điều kiện này được thỏa mãn cho cả hệ Trái đất - Mặt trời và Trái đất - Mặt trăng, và đối với nhiều cặp thiên thể khác trong hệ Mặt trời.