太空旅游的黑碳问题

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维珍银河自豪地宣称，乘坐其 SpaceShip2 进入亚轨道空间的每位乘客排放的二氧化碳将比从纽约飞往伦敦的普通航空乘客还要少。但一些科学家表示，二氧化碳排放量与衡量新兴太空旅游业的温室气体足迹无关。他们表示，太空旅行规模扩大带来的巨大威胁来自一种叫做黑碳的颗粒物——它被抛入平流层后会积聚数年，吸收来自太阳的可见光。一项研究表明，火箭排放到平流层的黑碳吸收的能量是这些火箭排放的二氧化碳的 10 万倍。

科罗拉多大学博尔德分校大气与海洋科学教授达林·图希 (Darin Toohey) 表示：“有一个问题很简单：你不想把黑碳排放到平流层。就是这样。”业内人士则持不同意见。谁是对的？

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任何曾经在柴油卡车后面闲坐或坐在木炉旁的人都应该熟悉黑碳：它使烟灰变黑。它是由化石燃料、生物燃料和生物质的不完全燃烧形成的，直接排放到大气中，吸收的能量比二氧化碳多一百万倍。一项研究表明，它是继二氧化碳之后地球第二大气候变化因素。黑碳之所以没有对环境造成更大的破坏，是因为它在低层大气中的寿命很短——降水会在几周内冲走飞机和其他来源排放的黑碳。

平流层的情况则不同，它始于距地球 5 英里的低处，最高可达 31 英里。火箭需要呼啸着穿过平流层，到达距海平面 62 英里的地方，而这里通常被认为是太空的起点。它们也是 12 英里以上人造化合物的唯一直接来源。由于没有雨水或其他大气因素可以冲刷平流层中的黑碳，黑碳会滞留 5 到 10 年甚至更长时间。此外，火箭每单位燃料产生的黑碳比标准飞机多 1,000 多倍。

因此，2010 年，Toohey 和航空航天公司发射排放分析和研究中心主任 Martin Ross 以及美国国家大气研究中心的 Michael Mills 计算了这些数字，估算出假设每年 1,000 次飞行的火箭工业对黑碳的影响。他们测量了黑碳的“辐射强迫”——衡量地球及其大气从特定人为或自然现象中吸收的额外能量的指标。火箭在平流层中释放的黑碳的辐射强迫比火箭释放的二氧化碳高出 100,000 倍。（相比之下，喷气式飞机在短短几周内将黑碳释放到大气中，其辐射强迫还不到其二氧化碳的十分之一）。

平流层的额外热量将如何影响气候尚不清楚，但它肯定会引起一些气候变化——既有变暖也有变冷。计算机模型显示了一个复杂的模式，在发射场所在纬度处会形成一个环状的黑碳云，导致阴影导致该地变冷，而其他地方也会相应变暖。极地地区温度最高可升高或降低 5 度，具体取决于季节。加热还导致臭氧辐射到整个平流层，导致某些地方臭氧水平降低，而另一些地方臭氧水平升高。这项研究的重点不是说平流层变暖是灾难性的，而是说每年 1,000 次发射将对气候变化产生重大影响——而行业应该研究并解释其影响。毕竟，通过故意向大气中注入颗粒来操纵气候的提议已经引起了国际社会的强烈抗议。罗斯说，在没有意识到、也没有完全理解影响的情况下，不断发展的太空旅游业将像一场气候工程实验一样运作。 “在某种程度上，火箭发射到平流层的粒子开始看起来有点像地球工程，”罗斯说。

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太空旅游的用武之地就在这里：如今，全球每年的太空发射次数约为 70 次，但随着私营公司争相将太空旅游变成常规探险旅行，这一数字可能会大幅上升。航空航天研究公司 Futron 预测，到 2021 年，太空旅游市场将拥有 13,000 名潜在客户，每年可能的收入约为 6.5 亿美元。假设这项业务成功，商业太空旅行很可能在未来十年的某个时候达到每年 1,000 次发射——仅 XCOR 一家就计划将发射次数增加到每天四次，这是其“西南航空”模式的一部分。这创造了 1,000 次将黑碳直接射入平流层的机会。由于氧气供应相对丰富，地球或航空公司飞行的对流层在燃烧过程中排放的黑碳量往往较低。一旦进入平流层，低压会导致氧气减少，黑碳会占燃烧产物的 5%。

美国联邦航空管理局 (FAA) 是负责评估环境影响并决定是否批准将火箭发射到太空的机构，该机构表示，黑碳在平流层中的影响尚不清楚。“尽管黑碳已知是一种短期气候影响因素，但对火箭黑碳对气候变化的潜在影响的研究尚处于非常早期的阶段，任何影响预测都只是推测，”FAA 负责商业太空运输的副局长乔治·尼尔德 (George Nield) 在一封电子邮件中写道。

太空旅游业一直淡化黑碳的潜在危害。维珍银河拒绝对此发表评论。XCOR Aerospace 的首席运营官安德鲁·尼尔森 (Andrew Nelson) 表示，其 Lynx 亚轨道太空飞机使用的 XR-5K18 火箭发动机采用煤油和液氧混合物，与传统的以煤油为基础的火箭燃料相比，其“芳香族”碳氢化合物的排放量将大大减少。尼尔森表示，与航天飞机使用的固体火箭助推器或同时燃烧固体和液体推进剂的“混合”火箭发动机相比，XR-5K18 的燃烧将更加清洁。

“XCOR 对我们的环境影响微乎其微，”尼尔森说。“我们的燃料几乎完全不含颗粒物。[它们的]芳香烃比传统火箭燃料少 20-40 倍，颗粒物比混合燃料或固体燃料少数百倍甚至数千倍。因此，我们对碳或其他颗粒的担忧毫无意义。”

Toohey 仍希望看到同行评议的关于 XCOR 和其他发动机与平流层的实际相互作用的研究。“我还没有看到任何出版物证实（或反驳）任何燃料在高层大气中燃烧会产生无颗粒排放的说法，”Toohey 说。“所以我认为公平地说，我们需要研究来衡量所有火箭类型的排放，以便能够评估它们的影响。”