Можем ли мы охладить Землю, стреляя в космос мощными лазерами? [закрыто]

В некотором смысле дискуссия об изменении климата вращается вокруг нежелательного потепления земной атмосферы в целом.

Это кажется слишком очевидным, чтобы быть правдой, но можем ли мы охладить атмосферу, просто направив эту нежелательную энергию куда-то еще?

Энергия может быть собрана из отдаленных пространств, где в противном случае было бы несколько бессмысленно собирать ее из-за отсутствия обитаемости и, как следствие, ожидаемых потерь из-за передачи (поверхность океана, ???)

Если да, то где лучше снимать?

Как будут питаться лазеры?
Либо с помощью энергии, полученной из возобновляемых источников, либо с помощью ядерной энергии.
Таким образом, ядерные реакторы будут генерировать энергию, ранее не находившуюся в атмосфере, а затем избавляться от нее. Как это снижает глобальное потепление?
Точка. Так что его действительно нужно собирать из климата - см. редактирование OP.
Не понимаю резкой реакции на этот вопрос. Перемещение тепловой энергии из одной системы в другую (в данном случае с Земли в космос) — это то, чем занимается тепловой насос . И коммерческий тепловой насос может сбрасывать свое отработанное тепло в высокотемпературный или низкотемпературный резервуар — вы не перемещаете свой блок в помещении, когда переключаетесь с режима охлаждения на режим обогрева. Я подозреваю, что лазерное излучение в космос не поддерживает этот цикл, но причина в нетривиальной части вводной термодинамики. Я удалил некоторые пренебрежительные комментарии.
Просто затенить землю было бы намного практичнее. en.wikipedia.org/wiki/Space_sunshade — если вы не знаете, просто перестаньте выделять больше CO2, чем мы потребляем.
@MikeWise Я понимаю, что вы имеете в виду, но люди не «потребляют» CO2. Леса и океаны делают.
Целоземное «мы»
Возможно, этот вопрос навеян «холодильными лазерами» из нескольких романов Дэвида Брина? К сожалению, это ерунда, лазеры можно использовать для охлаждения других вещей, но они не могут преобразовывать окружающее тепло в лазерный свет. Скорее наоборот, лазеры значительной мощности нуждаются в сильном охлаждении.
Зеркала были бы намного эффективнее…
Старайтесь не сталкиваться с инопланетными цивилизациями из-за проблем с управлением гневом.
Поскольку проблема не в том, что на Земле слишком много лазерного света, а в том, что слишком много тепла. Таким образом, вам придется сначала преобразовать тепло в энергию лазера. Как бы Вы это сделали?

Ответы (8)

Ваша идея охладить Землю, выпустив фотоны в космос, на самом деле уже реализуется! Однако вместо лазера Земля охлаждается излучением абсолютно черного тела. Земля излучает ≈ 300   ∘ К (комнатная температура) спектр черного тела с пиком при к Т "=" 1 40 е В который чуть краснее инфракрасного лазера. Земля также получает излучение от Солнца и 3   ∘ К спектр черного тела от космического микроволнового фона (CMBR). В целом Земля находится в равновесии (ее температура постоянна), поэтому она излучает столько энергии, сколько получает.

Суммарная мощность, излучаемая Землей, равна:

п о ж е р "=" 4 π ( р е а р т час ) 2 о Т 4 "=" 2.3 × 10 5 Т е р а ж а т т с

Потребуются действительно большие лазеры непрерывного действия, чтобы конкурировать с этим!!

Кроме того, парниковый эффект в значительной степени связан с тем, что, поскольку парниковые газы увеличивают скорость градиента, они делают эффективную поверхность, с которой тепло излучается в космос, более прохладной, поэтому Земля излучает тепло в космос с меньшей готовностью, чем раньше.
Что означает КВ?
Чтобы представить это число в контексте: мировое потребление электроэнергии составляет около 2,5 ТВт, поэтому общее радиационное охлаждение примерно в 100 000 раз превышает общее потребление электроэнергии человечеством. (кстати, Земля не совсем в тепловом равновесии; мы называем это глобальным потеплением)
@Pedro CW="непрерывная волна". Лазер непрерывно излучает тераватт, в отличие от обычного импульсного лазера, который излучает тераватт всего за 10 − 12 секунду (таким образом, средняя мощность составляет всего 1 Вт).
Я сомневаюсь, что Земля излучает в 300К — разве нельзя ожидать, что часть этого излучения будет поглощена атмосферой?
Земля также производит тепло посредством радиоактивного деления и имеет остаточное тепло от гравитационной энергии, которая была у составляющего ее вещества до того, как оно было сконцентрировано в этом шаре, ср. постулируемая железная катастрофа . Я полагаю, что осталось достаточно остаточного тепла и продолжающегося деления, чтобы заметно вывести его из истинного радиационного равновесия: Земля должна излучать больше энергии, чем получает.
Ну, просто используйте Звезду Смерти, чтобы выпустить всю эту нежелательную энергию в космос... и вы тоже получите хороший фейерверк... ;)
@NorbertSchuch: Да, это большая часть проблемы с теплицами. Конечно, сама атмосфера тоже излучает. В контексте ответа Physics.SE это достаточно близко.
@meriton или наоборот, человечеству удалось использовать 1/100000 всей доступной на Земле энергии - впечатляет.
@MSalters Учитывая, что излучение черного тела масштабируется как Т 4 , это может иметь большое значение!

Окружающее тепло является низкопотенциальной энергией. Вы не можете эффективно использовать его для выполнения работы (которая является передачей энергии, то есть для питания лазера, который сам по себе является машиной для передачи энергии), потому что ему некуда эффективно течь. Если бы вы могли, у нас не было бы проблем с энергией. Совсем. Затем вы могли бы использовать отработанное тепло от машин и создавать вечные двигатели (или почти таковые) или легко заставить его течь самостоятельно куда-то еще, если его слишком много (что было целью причудливого лазера для начала). На самом деле это все равно, что пытаться построить плотину или отвести воду, когда высота везде одинакова.

Вам понадобится что-то с той же фундаментальной концепцией холодильника, который использует входную энергию высокого качества (электричество) для выполнения работы. Эта работа заключается в перемещении энергии низкого качества из одного места в другое, потому что энергия низкого качества не хочет никуда течь сама по себе. Лазер в этом случае действует как активный радиатор, отводящий энергию после ее накопления.

Загвоздка в том, что это потребляет хорошую энергию, которая у вас может быть в дефиците, и сама по себе производит ненужное тепло при использовании. Таким образом, вам также нужен механизм для передачи этого нового отработанного тепла в лазер или, если вы не можете, то какой-то способ отвести это тепло без лазера (что было вашей первоначальной проблемой), чтобы у вас не было чистого накопления тепла. Это почти Уловка-22.

Не невозможно, но жестко. Вам почти понадобится космический лифт холодильника, чтобы перенаправлять тепло в машины в космосе, где вы могли бы что-то рассеивать, где отработанное тепло от процесса также могло бы рассеиваться, не возвращаясь немедленно обратно на Землю. Забудьте о лазере. Это может быть так же «просто», как массивный светящийся красный или белый горячий радиатор, неэффективно излучающий тепло в космический вакуум (и, надеюсь, не обратно на Землю) через излучение черного тела. Напомню, почему солнце светится в этот момент), но вы можете видеть проблемы.

На самом деле то, что я описал, в основном представляет собой сплит-систему кондиционирования воздуха, но в масштабе космического лифта. Они структурно устроены одинаково по той же причине. Разделение предотвращает возврат тепла от оборудования к области, которую вы пытаетесь охладить.

Энергия ветра в некоторой степени использует неравномерное распределение окружающего тепла. Но лучше просто использовать его в качестве энергии, а не только отправлять ~ 10% в космос, превращая остальные 90% обратно в тепло.
@JonCuster Окружающая среда зависит от размера региона, который вы рассматриваете, я полагаю, поскольку это определяет вашу закрытую систему и то, где вы можете шунтировать неравномерное распределение тепла (если есть). Итак, если мы пытаемся охладить Землю, это наша коллективная окружающая среда и закрытая система. Цивилизация, у которой есть структуры между планетами, может не иметь этого ограничения и просто использовать Землю с тепловым отвалом. Например, если ваше окружение — это Лас-Вегас, вам может быть все равно, нагревает ли Сиэтл ваш гигантский купол переменного тока над городом.
Я в первую очередь обращался к вашим первым нескольким предложениям - ветер существует из-за естественной неравномерности погоды, поэтому это способ использовать низкопотенциальное тепло и эффективно использовать его для выполнения работы. Использование лазера по-прежнему не является хорошей идеей.
@JonCuster Ну, есть низкий класс, а есть низкий класс , даже среди окружающего тепла, которое в целом низкое.
К счастью, у нас есть готовый запас высококачественной энергии (солнце) и бесконечный низкопотенциальный резервуар, в который мы можем израсходовать нашу нежелательную низкопотенциальную энергию. Просто воздух мешает.
Предположение о массивном светящемся радиаторе напоминает мне выдвижные ребра охлаждения на Trantor в серии «Основание» Азимова.

Ваше предложение — увеличить эффективное альбедо Земли, и в принципе оно могло бы сработать. Однако нет необходимости в гигантских лазерах — вероятно, они более эффективны и намного дешевле, если просто использовать зеркала.

Или блокировать приход части солнечного света рефлекторами возле солнца, хотя вопрос был немного о другом

Хорошая идея... но лазеры получают энергию от электричества. Если бы у нас было много лишней электроэнергии, мы могли бы прекратить производить больше и сократить выработку энергии на угольных или газовых электростанциях.

Так что да, было бы хорошо, если бы планета использовала это электричество для обогрева наших домов и т. д., но нет смысла запускать его в космос.

Если рассматривать вопрос шире, то речь идет об использовании меньшего количества электроэнергии для немедленного выброса большего количества тепловой энергии, возможно, наподобие глобального теплового насоса. (Это не нарушает никаких законов термодинамики, несмотря на ряд высокомерных замечаний.) Предложение уменьшить сжигание угля несколько упускает суть; при избыточной энергии это уже было бы сделано, а мгновенного охлаждения не обеспечивает .
Что бы вы предложили выбросить из-под земли? Если предложение о лазере не сработает, будет ли это актуально? Если да, то как бы он нагревался, насколько эффективен был бы механизм выброса и т. д. Если бы он был уже горячим, как, например, в ядре земли, он просто выделяет тепло в обитаемую зону - все это кажется совершенно непрактичным.
@JohnHunter Посмотрите, как космический лифт разделил кондиционер в моем ответе. Земля — это просто большая комната со стенами, в которых действительно сложно просверлить отверстие для установки трубы для вашей сплит-системы переменного тока. Хотя это не значит, что это невозможно.
Это зависит от того, идет ли речь о «принципе» или «на практике». В принципе, тепло можно было бы отводить от земли обратно к лазерному методу, питаемому электричеством от плотины гидроэлектростанции. На практике сделать тепловой насос для передачи тепла из одного места в другое лучше всего, когда раковина не слишком горячая, а если не слишком горячая, то не излучает сильно. Добавьте к этому парниковый эффект, который влечет за собой создание всех частей «лифта» / транспорта и т. Д., И это все еще кажется совершенно непрактичным, даже если это возможно в теории.

... Можем ли мы охладить атмосферу, просто направив эту нежелательную энергию в другое место?

Да, но только делая наши проблемы хуже, чем они уже есть. Тепловой насос отводит нежелательное тепло (так работает холодильник), но для работы теплового насоса требуется энергия. Либо эта энергия поступает из невозобновляемых ресурсов, которые просто производят больше тепла и усугубляют наши энергетические проблемы, либо из возобновляемых источников, таких как солнечная энергия. Но использование энергии из возобновляемых ресурсов для экспорта тепла, которое вы произвели за счет потребления невозобновляемых ресурсов, не имеет смысла — просто замените невозобновляемые ресурсы возобновляемыми ресурсами в первую очередь.

Вот аналогия - вы зажгли огонь в своей комнате, чтобы запустить паровую машину, которая вырабатывает всю вашу электроэнергию. Но из-за огня в комнате становится слишком жарко, и вы хотите включить кондиционер, чтобы охладить комнату. Вы можете разжечь костер побольше, чтобы вырабатывать больше электроэнергии для работы кондиционера, но это усугубит вашу проблему. Или вы можете установить солнечные батареи для выработки электроэнергии для питания кондиционера, но если у вас есть солнечные батареи, зачем вам еще нужен огонь и паровая машина?

Я это понимаю, если вы понимаете, сколько мощности теряется при передаче современными методами (до 50%)
«Если у вас есть солнечные панели, зачем вам огонь и паровая машина?» большой
@ user253751 Нагреваются ли существующие солнечные панели, пока они выполняют свою работу? ;-)

Как говорят другие ответы ... Ваша проблема в том, что акт принудительной перекачки энергии из одного места в другое, помимо того, что сделала бы сама природа, требует дополнительной энергии.

Так, например, перемещение тепла из холодильника наружу требует дополнительной энергии. Неформально (не в масштабе буквально) можно считать, что внутренность холодильника теряет 100 единиц тепловой энергии, поэтому охлаждается. Но снаружи — комната и, в конечном счете, планета в целом — получает 110 единиц тепловой энергии: 100 единиц перемещаются изнутри холодильника, а также дополнительные 10 единиц за счет работы, которую должен выполнить насос, чтобы переместить эти 100 единиц изнутри. наружу. В целом планета нагревается.

Ваши лазеры сделают то же самое. Они отправят в космос 100 единиц тепловой энергии, но для этого потребуются дополнительные 10 000 единиц тепла в помещение или на планету в целом. (Не буквально в масштабе). Для запуска больших лазеров требуется много энергии .

Точно так же со всем, что собирает тепло низкого качества и концентрирует его в виде тепла высокой плотности, или собирает солнечную энергию для перекачки тепла. Все это в значительной степени добавит больше тепла планете, чем уберет, поскольку перемещает тепло по кругу.

Если вы хотите отвести тепло от земли, лучшие способы: 1) прекратить добавление тепла или стать более энергоэффективным и уменьшить количество энергии, которое вы используете на земле, 2) упростить отвод тепла (уменьшить механизмы сохранения тепла: CO2 , метан и т.д.), 3) переместить энергозатраты в космос.

Это, честно говоря, может получить торт за явный ответ на вопрос, который я действительно хотел задать.
Хороший ответ, но для решения 3) вам также нужно избавиться от огромных потерь при передаче. Насколько я понимаю, геосинхронная орбита находится на высоте 35 786 километров (22 236 миль) над Землей, поэтому, предположительно, именно здесь вы будете генерировать энергию. Кроме того, вам нужно будет производить детали для вашей электростанции в космосе из материалов, доступных в космосе, поскольку в противном случае энергия, необходимая для их перемещения туда (более 28 кВт-часов на килограмм материала), перевесит преимущества для долго-долго ждать.
@clayRay - я думаю, вы неправильно понимаете. Я сказал "переместить энергопотребление в космос" . Не производство энергии . Для (3) я думал о концепциях переноса энергоемкого производства, добычи и переработки за пределы земли, а не переноса простого производства энергии за пределы земли. Также обратите внимание, что перемещение производства энергии в космос не сильно снижает нагрев земли, если вы все равно немедленно отправите эту энергию на землю.
@Stilez - извините, я неправильно понял. Я полагаю, что если бы у нас был какой-то космический лифт, было бы относительно дешево с точки зрения энергии доставлять очищенные или промышленные материалы из космоса. Возможно, вы могли бы даже генерировать энергию в процессе, что-то вроде рекуперативного торможения в поездах.

Дешевый и эффективный метод: надо покрасить крыши и улицы в белый цвет.

Кроме того, небольшой части Сахары в настоящее время достаточно для снабжения людей электричеством от солнечных батарей. В остальной части Сахары могут быть солнечные батареи для питания ваших лазеров. Но это возможно только в том случае, если потери мощности ячеек и лазеров, уходящие в окружающую среду, будут меньше той части солнечного света, которая не покидает землю в виде отраженного излучения и нагревает землю.

по иронии судьбы (или нет?) солнечные панели имеют более низкое альбедо, чем большинство поверхностей, поэтому, хотя некоторая часть падающего на них солнечного света преобразуется в электричество (в лучшем случае ~ 30%), на самом деле они отдают больше тепла Земле, даже если предположить, что электричество работает. сам по себе в основном не нагревается (что, вероятно, неверно).
К сожалению, решение Белой Крыши было поставлено под сомнение , хотя оно может хорошо работать вблизи экватора.
Разве не основной вопрос заключается в том, излучает ли лазер, излучающий n ватт на расстояние, меньше n ватт тепла в окружающую среду?

Из комментариев:

Как будут питаться лазеры? - ДДжонМ

Либо с помощью энергии, полученной из возобновляемых источников, либо с помощью ядерной энергии — DJG

Ответ очень сильно зависит от источника энергии.

Стрельба лазерами в космос будет передавать энергию с Земли.

Например, давайте рассмотрим атомную станцию, использующую 235 У. 235 U запасает энергию в виде энергии связи ядра. Используя уран на заводе, вы высвобождаете эту энергию. Часть может быть использована для вашего лазера, часть неизбежно рассеется в виде тепла на Земле. Таким образом, непосредственным результатом будет нагрев планеты.

В свою очередь, если не использовать 235 В электростанции он сам распадется с периодом полураспада 703,8 млн лет, так что в конце концов нагреет планету. Использование завода на основе урана в вашем приложении может помочь охладить планету в масштабе миллиарда лет, что слишком долго, чтобы помочь с изменениями климата.

Для любого другого источника энергии вам потребуется повторить аналогичный анализ.

Можем ли мы охладить Землю, стреляя в космос мощными лазерами? [закрыто]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v