本文是 PopularScience.com 關於能源未來的系列專題報導的一部分。
維珍銀河公司自豪地宣稱，乘坐其「太空船2號」進入亞軌道太空的每位乘客所排放的二氧化碳量，都比乘坐紐約飛往倫敦航班的普通乘客要少。但一些科學家表示，二氧化碳排放量與衡量新興太空旅遊業的溫室氣體足跡無關。他們認為，太空旅行規模擴大帶來的最大威脅來自一種名為黑碳的物質——這是一種顆粒物，當被拋入平流層時，會積聚數年，吸收太陽的可見光。一項研究表明，火箭排放到平流層的黑碳吸收的能量是這些火箭排放的二氧化碳的10萬倍。
「問題只有一個，而且很簡單：你絕對不想把黑碳排放到平流層裡。就這麼簡單。」科羅拉多大學博爾德分校大氣與海洋科學教授達林·圖伊說。但業內人士卻持不同意見。究竟誰對誰錯？
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凡是曾經在柴油卡車後怠速行駛或在柴火爐旁取暖的人，應該都對黑碳並不陌生：它正是煙塵呈現黑色的原因。黑碳由化石燃料、生質燃料和生物質不完全燃燒形成，直接排放到大氣中，其吸收的能量大約是二氧化碳的百萬倍。一項研究表明，黑碳是繼二氧化碳之後，地球氣候變化的第二大因素。黑碳之所以沒有對環境造成更大的破壞，是因為它在低層大氣中的壽命很短——降水會在幾週內將飛機和其他來源排放的黑碳沖刷掉。
平流層的情況則截然不同。平流層起始於地球上方約5英哩處，上升至約31英哩。火箭需要高速穿過平流層，到達海平面以上62英里處，那裡通常被認為是太空的起點。火箭也是12英里以上高度唯一直接產生人造化合物的來源。由於平流層中沒有雨水或其他大氣因素來沖刷掉黑碳，黑碳會在其中停留5到10年甚至更久。此外，火箭每單位燃料產生的黑碳量是普通飛機的1000倍以上。
因此，在2010年，圖伊（Toohey）、航空航太公司發射排放分析與研究中心主任馬丁·羅斯（Martin Ross）以及美國國家大氣研究中心的邁克爾·米爾斯（Michael Mills）對數據進行了分析，以估算假設每年發射1000次火箭的行業所產生的黑碳影響。他們測量了黑碳的「輻射強迫」——該指標衡量地球及其大氣層從特定的人為或自然現像中吸收的額外能量。火箭排放到平流層的黑碳的輻射強迫比火箭釋放的二氧化碳高出10萬倍。 （相較之下，噴射機在幾週內排放到大氣層中的黑碳的輻射強迫不到其二氧化碳輻射強迫的十分之一。）
平流層額外熱量將如何影響氣候尚不明確，但肯定會造成一定的氣候變遷——既有暖化也有變冷。電腦模型顯示，在發射場緯度會形成一個環狀的黑碳雲，遮蔽陽光導致該區域降溫，而其他區域則會相應變暖，形成複雜的模式。極地地區的氣溫會根據季節變化而變化，最高可達攝氏5度。這種升溫也會導致臭氧在整個平流層中輻射，造成某些地區臭氧含量降低，而有些地區臭氧含量升高。這項研究的重點並非在於指出平流層暖化會帶來災難性後果，而是強調每年1000次發射將對氣候變遷產生顯著影響——而航太業應該研究並解釋這些影響。畢竟，透過人為向大氣中註入顆粒物來人為改變氣候的提議已經引發了國際社會的強烈抗議。羅斯表示，在無意間且未充分了解其影響的情況下，不斷發展的太空旅遊業將如同一個氣候工程實驗。羅斯說：“在某種程度上，火箭排放到平流層的粒子看起來有點像地球工程。”
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這就是太空旅遊發揮作用的地方：目前全球每年的太空發射次數約為70次，但隨著私人公司競相將太空旅遊發展成為常規探險旅行，這一數字可能會大幅增長。航空航太研究公司Futron預測，2021年，太空旅遊市場將擁有13,000名潛在客戶，年收入可能達到約6.5億美元。假設這項業務發展順利，商業太空旅行很可能在未來十年內達到每年1000次的發射量——僅XCOR一家公司就計劃將其發射次數增加到每天四次，作為其「西南航空」模式的一部分。這將創造1000次機會，將黑碳直接排放到平流層。由於氧氣相對豐富，在地球或對流層（航空公司飛行的區域）燃燒過程中排放的黑碳量通常較低。一旦進入平流層，由於低壓導致氧氣減少，黑碳可佔燃燒產物的 5%。
美國聯邦航空管理局（FAA）是負責評估環境影響並決定是否頒發太空船發射許可證的機構。該機構表示，黑碳對平流層的影響尚不清楚。 FAA商業航太運輸副局長喬治·尼爾德在一封電子郵件中寫道：“儘管已知黑碳是一種短期氣候強迫因子，但對火箭黑碳潛在氣候變遷影響的研究仍處於非常早期的階段，任何影響預測都只是推測。”
太空旅遊業一直淡化黑碳的潛在危害。維珍銀河公司拒絕對此事置評。 XCOR Aerospace公司首席營運長安德魯·尼爾森表示，該公司目前正在銷售售價9.5萬美元的亞軌道飛行機票，其為「山貓」亞軌道空天飛機提供動力的XR-5K18火箭發動機採用煤油和液氧混合物，與傳統的煤油基火箭燃料相比，排放的「芳香族」碳氫化合物要少得多。他還表示，XR-5K18的燃燒效率遠高於太空梭使用的固體火箭助推器或同時燃燒固體和液體推進劑的「混合」火箭發動機。
「XCOR對環境的影響微乎其微，」納爾遜說。 “我們的燃料幾乎完全不含顆粒物。[它們的]芳烴含量比傳統火箭燃料低20到40倍，顆粒物含量比混合燃料或固體燃料低數百倍甚至數千倍。因此，我們無需擔心碳或其他顆粒物的問題。”
Toohey仍然希望看到關於XCOR和其他引擎與平流層實際相互作用的同行評審研究。 「我還沒有看到任何出版物證實（或反駁）任何燃料在高層大氣燃燒不會產生無顆粒物排放的說法，」Toohey說。 “所以我認為，我們需要進行研究來對所有類型火箭的排放進行基準測試，以便評估它們的影響，這是公平的。”
