[論文レビュー] The Feasibility of Shading the Greenhouse with Dust Clouds at the Stable Lunar Lagrange Points

Curtis Struck|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2007

Planetary Science and Exploration参考文献 17被引用数 29

ひとこと要約

本論文は、地球と月のラグランジュ点（L4およびL5）に配置されたマイクロサイズのチリ雲を用いて地球を遮光し、地球温暖化を緩和する手法を提案している。太陽放射圧を活用し、安定的で長期間にわたるほぼ共鳴軌道を活用することで、チリ粒子は浮遊状態を維持し、日射量を低減させることができる。これは従来の宇宙ベースの日射遮光板とは異なり、質量が小さく、展開および安定性に優れた革新的な代替手法である。

ABSTRACT

There are many indications that anthropogenic global warming poses a serious threat to our civilization and its ecological support systems. Ideally this problem will be overcome by reducing greenhouse gas emissions. Various space-based methods, including large-scale solar shades, diffusers or atmospheric pollutants, have been considered to reduce the solar constant (input flux) and the warming in case emissions reductions are not achieved in a timely way. Here it is pointed out that proposed technologies for near-Earth orbiting comet deflection, suggest a different kind of space-based solar shade. This shade would be made up of micron-sized dust particles derived from comet fragments or lunar mining, and positioned in orbits near the triangular Lagrange points of the Earth-Moon system. Solar radiation pressure can render such orbits unstable, but a class of nearly resonant, and long-lived orbits is shown to exist, though the phase space volume of such orbits depends on dust grain size. Advantages and disadvantages of this scheme relative to others are considered.

研究の動機と目的

• マイクロサイズのチリ粒子を日射遮光板として用いて地球の日射量を低減させ、地球温暖化を是正する可能性を調査すること。
• チリ雲が、地球と月のラグランジュ点（L4およびL5）で、軌道的ダイナミクスを用いて安定的に維持可能かどうかを分析すること。
• 太陽放射圧および粒子サイズが、軌道的安定性と長寿命に与える影響を評価すること。
• 技術的および運用上の実現可能性の観点から、このチリベースの遮光手法を他の提案された宇宙ベースの気候工学手法と比較すること。
• コメットや月の鉱物資源から得られる材料を、このシステムのチリ粒子の供給源として使用する可能性を評価すること。

提案手法

• 地球と月のシステムにおける太陽放射圧および重力の作用下で、マイクロサイズのチリ粒子の運動をモデル化すること。
• 地球と月の三角ラグランジュ点（L4およびL5）の周辺に、長期間にわたってチリ粒子を捕捉できる、ほぼ共鳴的で長寿命の軌道のクラスを同定すること。
• 軌道共鳴条件を用いて、粒子サイズの関数としての安定した軌道の位相空間体積を決定すること。
• 解析的および数値的手法を用いて、摂動下での軌道的安定性および粒子の寿命を評価すること。
• 近地小惑星の軌道制御または現地資源利用技術を用いたチリ雲の展開効果を評価すること。
• 質量、ステーションキープ、展開ロジスティクスの観点から、チリ雲手法と従来の日射遮光板を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マイクロサイズのチリ粒子は、地球と月のラグランジュ点L4およびL5の周辺で安定的に維持可能か？
• RQ2 粒子サイズは、これらの領域におけるチリ雲の安定性と長寿命にどのように影響するか？
• RQ3 L4およびL5周辺のチリ粒子に対して、安定的で長寿命の軌道の位相空間体積はどの程度か？
• RQ4 ラグランジュ点に配置されたチリ雲は、地球における日射量低減にどの程度効果的か？
• RQ5 他の宇宙ベースの日射管理戦略と比較して、この手法の技術的およびロジスティカルな利点と欠点は何か？

主な発見

• 地球と月のラグランジュ点の周辺には、マイクロサイズのチリ粒子を長期間にわたって捕捉できる、ほぼ共鳴的で長寿命の軌道のクラスが存在する。
• 安定した軌道の位相空間体積は、チリ粒子の粒子サイズに強く依存しており、放射圧と重力のバランスが取れた最適なサイズが存在する。
• 太陽放射圧は、ラグランジュ点自体が微小な摂動に対して不安定であるにもかかわらず、共鳴的ダイナミクスを通じてチリ雲の安定化を可能にする。
• チリ粒子はアクティブなステーションキープを必要としないため、従来の日射遮光板と比較して、質量が小さく、より持続可能である可能性がある。
• コメットや月の鉱物資源からの材料利用の可能性により、地球からの物資打ち上げの必要性が低減されるため、展開の可能性が高まる。
• 本研究では、理論的には実現可能であるが、実用的実装には粒子の拡散、長期的な軌道進化、環境的影響のさらなる分析が必要であると指摘している。