黑客地球：地球工程讓我們重新想像未來（簡體書）

《黑客地球》講述了解決全球氣候變遷問題的最前端科技技術，為我們開啟了全新的環保方向。

幾十年來，科學家和環保人士一直在為全球變暖的影響敲著警鐘。隨著洪水、風暴和極端溫度等各種極端氣候成為我們日常生活的現實，“減少、利用、再利用”的努力已經不夠了，地球現在已經過了安全臨界點。在《黑客地球》一書中，作者托馬斯·科斯蒂根帶領讀者了解了全球科學家、企業家、工程師和其他有遠見者為解決與全球變暖相關的問題而開發的地球工程項目的前沿技術。

從懸掛在地球上空的巨大遮陽傘，保護我們免受無情太陽的傷害，到射向云層的激光，喚出急需的雨水。這些未來主義者，遠見卓識，想通過改變地球來拯救人類，《黑客地球》為讀者提供了他們對未來的新視野。

托馬斯·科斯蒂根（THOMAS M.KOSTIGEN）,現居洛杉磯，紐約時報暢銷書作家，專注於環境題材領域寫作。作為獨立撰稿人，他的新聞稿發表於國家地理雜志、金融時報、華爾街雜志、洛杉磯時報等刊物。為了宣傳他的環保理念和地球工程設想，他經常出席一些國際性的氣候會議舉行宣講。為了寫作本書，他到全球各地訪談了多位科學家，也實地考察了書中涉及的雨林、河流等地方。

1. 本書為讀者展示了逆轉全球氣候變化的前沿觀點與技術，為普通讀者打開改變未來的全新視野，為專業人士提供前瞻性的思維啟發。
2. 極地消融、山火頻發、疾病肆虐等危及人類生存的極端現象驟增，旨在為地球降溫的“地球工程”迫在眉睫。但“地球工程”是天使還是魔鬼？本書以科學家改變氣候的一系列紀實故事給出了答案。

3.書中記錄的一幕幕人類困境觸目驚心，一個個試圖重置大自然進程的故事震撼人心，一系列腦洞大開的改變地球的科學技術激動人心，這是一本文藝範十足的硬核科普讀物。

引言：為什麼我們不能？/001

第一部分人類天空太空/

第1章雷神之錘/

第2章地球的遮陽傘/

第3章碳吸血鬼/

第4章沙漠反光鏡/

第5章涼爽的屋頂和道路/

第二部分人類土地海洋/

第6章智能土壤/

第7章增亮雲朵/

第8章施肥海洋/

第9章荷蘭防御海平面上升/

第10章在地表下生活/

第11章阻止冰川融化/

第三部分人類自然資源/

第12章地表之下的水/

第13章肉用牲畜/

第14章從馬桶到龍頭/

第四部分人類未來/

第15章無人駕駛與人工智能/

第16章未來城市/

結論/

致謝/

第1章
雷神之錘
這裡有著世界上最糟糕的天氣：大風刮起來超過200英裡/時（322千米/時），風力可以剝掉樹皮；溫度經常低於冰點；暴風雪；停電；大霧；雪崩；無處不在的冰溜子。
你或許以為這說的是遠在南極的某個地方，或者是北極。但是，這些極其糟糕的天氣就在波士頓北邊幾小時車程的地方，或者在新罕布什爾州的華盛頓山上。

美洲原住民發現了華盛頓山上天氣的變化無常，稱之為Agiocochook，意思是“神靈所在的地方”。美國第一個氣象站就建在這兒。最近，這裡記錄到了地球上有史以來最大的風速，每小時231英裡（372千米/時）。
這座山峰的奇特位置及其特徵是一系列異常天氣的原因。華盛頓山是美國東北部最高的山峰，有6288英尺（一英尺＝03048米）高。作為美國密西西比州以東最高的天然屏障，它阻擋了西來的大風。它靠近海岸，離海岸不到一百英裡，是低氣壓的匯聚之地。大風出現在這裡的原因可能是：它位於大西洋氣旋、墨西哥灣氣旋和西北太平洋氣旋這三者的交匯中心。
◎激光避雷針
陡峭的西側山峰擋住了陽光，在岩石和冰層之間投下了陰影，即使在晴天午後，人在山坡上也是痛苦難耐。雪片被競相吹落，大風使得山上的雪花不可能堆積很多。
當夜幕降臨在崎嶇不平的懸崖上，提醒著人們有什麼不祥的東西潛伏著：偉大的神靈或者你所看到的惡劣天氣。
然而，世界上的惡劣天氣不止在山上。極端天氣四處出擊，衝垮了海岸，淹沒了平原，摧毀了城鎮，留下焦土一片。幾乎每天我們都能在新聞中看到這一類悲慘事件。
在過去的十多年裡，一些強烈、致命的風暴和極端天氣橫掃了全球。熱帶氣旋如2017年的颶風“艾爾瑪”（Irma）刷新了風速記錄，成為破壞力巨大的風暴。
同樣，冬季的天氣也一直很惡劣。降雪的積累、嚴寒和冰凍也創下了新的世界紀錄。在2018年，莫斯科的降雪量超過了以往任何時候。這很說明問題。
美國東北部和大西洋中部地區已開始為其每年不斷增加的暴風雪編制新名詞：大雪災，大雪暴，大雪狼；奇怪的綽號不斷地在清單上延長。
五百年一遇的史詩般的洪水每年都在發生。熱浪和寒潮以前所未有的方式影響著人們的生活。2018年7月短短一周內，全球多地記錄到了當地歷史上的最高氣溫。
數十年來全球平均氣溫一直在上升。極冷的氣溫也沒有因全球變暖而消失：2017—2018年冬季，巨大的冷鋒冰封了美國大部分地區，北極的寒流長驅直入到了南部的喬治亞州。此前幾年，邁阿密和佛羅裡達州的基韋斯特曾發布過霜凍預警。
極端天氣正在成為新常態。
歷史上極端天氣一直在地球上不斷發生著，但是目前的情況不同以往，它們大多都是人類引發的。這是人類造成的氣候變化。氣候變化意指有規律的天氣結果，這種極端天氣原來只存在於地球的局部區域，例如在華盛頓山上，然而現在遍布世界各地的人口聚居區。

全球變暖使得地表蒸發出更多的水蒸氣，然後水蒸氣又隨著降雨和降雪從空氣中釋放下來。較溫暖的氣團與較冷的氣團發生更激烈的混合，從而產生更強烈的龍卷風、颶風和各種形式的熱帶氣旋。毋庸置疑，現在的風暴比過去的平均強度更高。從三十年前開始，平均風速和降水量增加了5%。這使得自然災害更具破壞性，季節性變化更加明顯。海洋也無法逃脫全球變暖的影響。溫暖的海洋正在膨脹，上升的海平面培育著風暴潮與大風暴。
如果全球溫度不受控制地繼續升高，科學家們模擬出各種場景，看著非常嚇人：加州會形成300英裡（一英裡＝1609344米）長的湖泊，大平原變得貧瘠，邁阿密將沉入海底。華盛頓山山頂的極端天氣將更加多發。高溫也將發揮威力：紐約市將成為疾病和酷暑的溫床。這是一個反烏托邦的未來。
在半個地球之外的瑞士，一棟黑不溜秋的幾乎隱藏在黑暗角落裡的地下室，承載了一種應對環境危機的解決方法，也許是未來的希望。在這裡，抵御極端天氣的終極武器是一個細細的紅色光線。
“這是一種大功率激光。”讓·皮埃爾·沃爾夫指著光線解釋道。他是一名有著中等身材與體型的中年人，看起來並不像“雷神”，那種北歐神話裡可以用錘子控制閃電的神話人物；他也不像那些在法國出生，然後在瑞士成長為實驗室怪才的物理學家。他的運動能力很強，所穿的靴子、燈芯絨褲子和滑雪衫使他看起來更像滑雪教練而不是理科教授，令人驚奇。他一直從事著研究工作，在歐洲最著名的科學技術機構之一洛桑聯邦理工學院獲得了物理學博士學位，然後先後去了耶魯大學和法國、德國的大學任教。像多數科學家一樣，他的研究跨越了不同的領域，光譜學就是其中之一。光譜學研究物質與電磁輻射之間的相互作用，被用於醫學，機械，電路……甚至氣象。多年的研究和實踐，控制天氣現在成了他的研究使命。如果沃爾夫的激光發明能夠不負眾望，那麼就能夠遏制住惡劣天氣，為人類創造一個更加宜居的未來。
目前為止，惡名遠揚的降雨化合物一直是人們控制天氣的主要手段。例如，常見的用碘化銀噴灑到云層的方法來降雨。這些化合物通過飛機或火箭投放到云中。在云中化合物像細小的散彈一樣散布開來，使水汽結合成冰晶，冰晶變得足夠重就從天上掉下來。根據地面溫度，冰晶在地表可能會變成雨、冰、雪或冰雹。
問題在於，用碘化銀來做人工降雨並不總是有效，而且一旦噴灑，效果往往很難預測。1950年代，英國軍方一個代號為“Cumulus”的秘密降雨行動，讓英國的一個鄉村經受了暴雨，誘發的山洪淹死了35人。越南戰爭期間，美軍在“胡志明小道”上用了相同的降雨技術，代號為“大力水手計劃”，以期延長季風季節從而給越方造成洪水和泥石流。美軍對這個任務的非正式口號是“製造泥土，而不是戰爭”。但是“大力水手計劃”製造的降雨並不均衡，最終不得不放棄。2008年中國舉辦奧運會時，曾向北京周邊的空域發射了超過一千枚含有造雨化合物的火箭，從而提前下了雨而達到“云轉晴”的效果。開幕式的天氣條件令人愉快，但人工天氣的技術精準性還有待提高。
沃爾夫的激光是全新的天氣控制技術。實際上，這項技術在實驗室測試和現實中都能系統地、出色地達到效果。
他發明了一種比地球上所有核反應堆都強大的激光。它可以在云中製造閃電，穿過空氣分子並製造雨水，或者反過來它可以穿透水分子並驅散降水。
整個設備只有一個臺球桌那麼大，靜靜地處在日內瓦大學沃爾夫平時講授物理學的地下室中。
沃爾夫一開始並沒有想著發明一種製造或控制天氣的設備。他的博士論文與激光技術有關，但是激光可以應用於各種場景：例如可以更換電視頻道的遙控器，醫療影像設備，識別和殺死癌細胞的放療儀器。2000年在日內瓦飛往羅馬的航班上他有了現在這個研究方向的靈感。
當時沃爾夫乘坐的飛機衝進了雷陣雨中，飛機被閃電擊中，還好有驚無險。然後他開始考慮如何使用激光技術將閃電阻擋在航線外。他知道，激光和閃電有很多相似點。它們都引導了能量釋放的方向。是否可以用激光的能量將閃電引導到別的方向，該如何實現？他很想知道。當然，這不是人類第一次尋求閃電的奧秘。
1752年，本杰明·富蘭克林（Benjamin Franklin）在雷雨天放風箏到高空，以了解大自然如何利用電力。富蘭克林的實驗啟發了更多的研究，最終催生了我們今天的電力生產和傳輸系統。
但是，沃爾夫並不僅僅想捕捉閃電，他想控制它。這花費了不少時間，因為沃爾夫很快意識到，要想控制閃電，必須先學會製造閃電。這並不容易。閃電的瞬時溫度比太陽表面還高。大閃電向云層中釋放的能量相當於一百枚原子彈的能量。為此，他需要先製造出大量的能量，且能夠讓能量從地面延伸到數英裡高的云層中。如果不是納秒激光的突破，沃爾夫的激光很難超越大自然的限制。沃爾夫成功的秘訣是快速脈衝。
尤塞恩·博爾特（Usain Bolt）的百米速度比地球上其他任何人都快，不到10秒就完成了。當然，他不能在馬拉松中也跑那麼快。但是在衝刺中，他可以很快彌補距離的差距。沃爾夫將類似的原理應用到激光器上，以獲得與閃電規模相當的能量或力。他的激光器以每納秒的脈衝頻率製造出超強的能量。要知道，一般相機的快門速度只有千分之一秒。沃爾夫製造這些超快脈衝的原因是，激光的能量可以抵達天空很深的地方，間歇地釋放越來越高的脈衝，直到最後一個脈衝以相同的能量到達云層。大多數激光的不足之處在於光強會隨著距離的增加而減弱。
沃爾夫在實驗室中演練了激光的工作原理，桌子上是眼鏡片大小的小鏡子組成的激光裝置。由於所有電路板都裸露在外，激光器看起來像沒裝外殼的計算機硬盤內部。他興奮地談論了產生出來的光脈衝以及讓激光聚焦能量的鑽石。鑽石是能量的超導體。
在詹姆士·邦德的電影《永遠的鑽石》中，反派人物布洛費爾德用鑽石製造了一種天基激光武器。情節當然荒謬，但其中的技術並非如此。鑽石的晶體結構能夠聚光，使光強呈指數級增加。沃爾夫使用一系列複雜的放大器將太陽般的力量引入到激光束中。在桌子上，激光束穿過小鏡子組成的“迷宮”，然後到達鑽石。在那裡，激光突然從紅色變成了藍色。沃爾夫解釋說，藍色是激光最熱的狀態。這時候激光就可以從“槍管”中發射了。
“槍管”對準裝有液體的密閉腔室，裡面的液體模擬大氣。腔室看著像一個小魚缸。當激光爆射出來並擊中目標即腔室內的液體時，開始出現薄霧團，霧團膨脹後收縮。微小的水滴四處浮動，相互附著，在眼前呈現出混沌而迷人的自然之舞。這就是云的形成過程。很快地，整個腔室都充滿了霧氣。看起來很像棉花糖那樣的蓬松物，又如長開的霉菌。
人工造云看似是一個特別令人敬畏的奇跡，但它是在受控的實驗室環境中實現的。為了測試激光在現實中的效果，沃爾夫建造了一個集裝箱大小的移動工作站。然後，他帶著它來到了新墨西哥州的一個山頂，另一位美洲原住民神靈“居住”的地方，與神靈展開“戰鬥”（做實驗）。
沃爾夫爬到該州最高的南鮑迪峰頂部，然後發射了激光。次日《每日科學》上刊登了標題為“人工閃電：激光首次觸發雷雨中的電活動”的文章。文章接著說：“作為一個科學研究話題，雷擊研究可以追溯到本杰明·富蘭克林時代，但仍未研究清楚。1970年以來，科學家通過將小型火箭射入雷云從而在空中引發雷電，小火箭帶的長導線的一端固定在地面上，但通常只有50%的概率能夠產生閃電。激光技術使該過程更省時、更高效且成本更低，並且有望開啟許多新的應用領域。”
可以肯定的是，沃爾夫的實驗獲得了可喜的成功。
“是的，但是我們的目標是墻上這張漂亮照片所示意的：當中你會看到閃電從雷云起始，一直被向下引導到地面。”沃爾夫感嘆道。
變通的辦法是，沃爾夫和他的團隊製作了一個云內閃電。在現場他可能沒有拍攝到想要的快照，但是他的預期效果達到了，並且取得了更重要的成果：人類在大氣層中復制了自然界最致命武器之一——閃電。那個實驗有10年了，從那以後他進一步完善了這項技術。
激光可以改變已經存在於天空中的閃電的方向，消除可能的危險，保護雷云中的飛機。它可以通過產生降水的方式使云中的空氣分子重新分布。或者在另外的設置下分解水分子並使東西保持乾燥。未來他計劃進行大規模生產，開發出足夠小的激光避雷針，以便將它們安裝到飛機、火車、建築物或幾乎任何容易受到雷電襲擊的物體上。另外，也可以生產一種便攜式激光站，以驅散雷云或製造降水。
因此，未來看起來可能像這樣：裝有激光避雷針的無人機在空中漫遊，並像星球大戰電影中的R2-D2中隊一樣向目標開火。到那時候北非的沙漠農業遍地開花，而西雅圖和倫敦等陰冷的城市可以一年四季都有晴天。無論地球上哪個地方，居住條件都可以變得更加宜人。這得歸功於沃爾夫的科學突破。
在實驗室演示之後，沃爾夫關閉了激光器。它的“超能力”消失了，現在只散發出微弱的紅色光芒。他輕輕按了下電燈開關，實驗室一團漆黑，唯一可見的就是紅色光芒，就像電影裡“終結者”的眼睛，不斷眨動，隨時準備行動。
沃爾夫的夢想很大，對於激光器的功能開發有著宏偉的計劃。他說，如果我們可以改變天氣，我們就可以改變氣候。季節的含義也將與之前大不一樣。那些受困於生存環境的人們，例如窮人、弱勢群體、飽受氣候變化影響的人，這些人歷來缺乏自然資源，但環境改善會帶給他們一些資源，他們有機會享受繁榮生活。降雨技術可以為全球數十億左右的沙漠居民提供淡水。這些人現在大多數沒有足量、現成的飲用水，更不用說擁有農業和食品工業用的淡水。到本世紀末，全球人口預計將增加數十億，除非我們能夠在幹旱地區進行耕種，否則糧食和自然資源將進一步短缺。激光天氣干預技術可以幫助實現這一點。
2017年南亞的特大洪水影響了4100萬人，房屋、學校和醫院被摧毀，道路、橋梁、鐵路和機場遭到了嚴重破壞，成千上萬的人逃往難民中心尋求食物、飲用水、住所和醫療救助。想象一下，如果激光可以改變夏季暴雨的季節模式，是否就可以避免這種災難。一個很有破壞性的季風造成了這個悲劇。伴隨著盛行風向的變化，季風的模式現在也變化了。夏天時，季風往往給印度及周邊帶來暴雨，而在冬天引發了幹旱。激光技術可以打破季風帶來的降雨周期。
這就是人工天氣的力量。但是當我們開始“搞亂”天空時，懷疑論者只會看到麻煩而不是益處。科爾比學院的科學教授詹姆斯·弗萊明（James Fleming）寫有一本關於氣候控制的書Fixing the Sky（《修理天空》）。他認為，過去的天氣干預技術曾引發致命的暴風雨和洪災，這與地球工程期待的相反。他引用了被掩蓋了數十年的英國“積云行動”，作為反對氣候干預的人物，他並不孤單。在線團體和線下的活動家們一直在譴責這些技術。甚至聯邦機構也對人工天氣技術表示擔憂——這項技術是否可能以意想不到的方式“惹惱自然”。
這讓人想起民眾對HAARP項目的偏激做法。HAARP是美國軍方在阿拉斯加州一個偏遠設施中開展的高頻極光研究項目。HAARP項目的任務是研究電離層，這是一個無線電波能夠在其中得到反射的大氣層。多年以來，陰謀論者聲稱軍方一直在用HAARP項目作為掩護以開發天氣干預技術，或開發控制人們神智的武器。毋庸置疑，這兩種說法都不靠譜。無論如何，HAARP項目於2014年終止，但是有關天氣干預技術的爭議並沒有平息。一個在線組織“地球工程觀察”（Geoengineering Watch），網頁號稱有3000多萬的訪問量，它靠經常性地譴責天氣和氣候工程而出名，網絡文章標題諸如“對全球氣候變化干預的大揭秘”和“對全人類發動天氣戰”等。該組織的日程往往提前數月就排好了，網頁上可以看到警示“生物圈大破壞”等字樣。毫無疑問，荒謬的指責將會一直困擾著現在和未來的天氣調控者。
日內瓦大學的實驗室外面刮起了寒風，雪花飛舞。午餐時間，沃爾夫在大學附近的一家餐廳請客，在座的還有幾位同事和一名訪客。除了麵包、葡萄酒和面食之外，桌上有一本關於天氣和地球工程學的書。“操控自然是對的嗎？”有人指出，自農業革命以來這種情況就一直在發生，“將激光發射到云中是否有不可預期的後果？”其他人解釋說，沒有任何“人工物質”添加到大氣中，激光只是在自然界已有的天氣“菜譜”上加以改變。大家熱烈地談論著。顯而易見的是，大家認為創新者和調控者可以改變氣候。背後的問題是我們對地球污染嚴重、攫取過多，超出了其自凈能力和生產能力，大自然不能有效地工作了。這甚至也超越了造物者的邏輯，違背了人類的偉大精神。

盡管如此，改變天氣可能有助於解決氣候危機，但並不能解決根本問題。天氣是症狀，而不是氣候變化的原因。塑造一個適宜的氣候，意味著要打贏一系列戰爭：降低碳排放，利用太陽能，以及應對人類其他活動的後果。
值得慶幸的是，人類是一個具有創造力的群體，世界各地都有像沃爾夫這樣的先驅，他們致力於通過各種技術改變未來，使未來的生活變得更加美好。他們正在實驗室中、地下深處、沙漠、偏遠叢林甚至太空中開展著地球工程項目的研究。
他們是我們的同盟，可以為我們所有人創造一個更加良性的生態環境。當前的任務是支持他們，探究如何更科學地開展地球工程。