关于宇宙暴胀，之前我一直有一个地方理解得不对。就是，我们常说宇宙在暴胀期间膨胀了大约e^60倍，实际上是从共动视界的大小下降到与当前宇宙一样大的时候（记为ti）开始算起，一直到暴胀结束（记为te）这期间宇宙膨胀的倍数。在ti时刻之前，宇宙依然是在暴胀的，只不过在这之前暴胀了多少倍我们无法得知。我们只能判断在ti到te的这段时间内宇宙暴胀了大约e^60倍。

另外，不管在ti时刻之前宇宙暴胀了多少倍，当前可观测宇宙内物质产生的总量依然是按照(e^60)^3去估算，因为ti时刻之前共动视界的尺度比现在的可观测宇宙要大，那之前产生的物质可以认为都在当前可观测宇宙的视界之外（这种理解方式实际上有一些偏差，但我找不到更好的表达方式了）。

图来自arXiv: 0305263，一篇经典论文，分析了ti到te期间宇宙暴胀倍数的上限。
#微博新知博主##科普##物理##宇宙#

【搅动半个地球？五问#汤加火山#】北京时间1月15日中午12时左右，南太平洋岛国汤加的一座岛屿海底火山剧烈喷发。卫星观测显示，火山灰和大量气体从太平洋海面迅速升起，其形成的蘑菇云团顶直径达到400至500公里，火山灰达到距地面约28公里的高度。

这场“史诗级”火山喷发导致当地网络几乎完全中断，约一万公里之外的阿拉斯加也能听到火山喷发的咆哮声。其引发的海啸还影响了整个太平洋沿岸地区，日本、斐济等多国接连发布海啸警报，中国沿海海域也监测到海啸波。

目前，这场爆发于南太平洋的火山喷发已经搅动了近半个地球。那么，此次喷发为何会如此猛烈？接下来还会发生高强度喷发吗？此次喷发对全球气候变化会有极大的影响吗？《中国科学报》就此采访了火山研究专家、中科院院士刘嘉麒等多位专家。

一问：“威力”究竟有多大？

汤加王国属于大洋洲，是由173个岛屿组成的岛国，大部分为珊瑚岛，约40个岛屿有人居住。此次火山喷发位于无人居住的洪阿哈阿帕伊岛，距离汤加首都努库阿洛法以北约65公里。喷发于当地时间1月14日开始，在1月15日下午第二次剧烈喷发。

卫星观测显示，大规模喷发后，火山灰、蒸汽和气体在当地太平洋蓝色的海面上空升腾而起，巨大的声响远在美国阿拉斯加都听得到。此外，喷发后一波约1.2米高的海啸袭击了汤加首都努库阿洛法，该市许多广场和主要街道都被洪水淹没。据报道，喷发还导致汤加海底电缆断裂，整个国家在互联网世界中消失。

喷发发生后，包括日本、斐济等国家，以及美国夏威夷、阿拉斯加和太平洋沿岸在内的大部分环太平洋地带都发布了海啸警报。美国地质勘探局估计，这次火山爆发引发了一次相当于5.8级的地震。

“此次喷发规模相当大。”刘嘉麒对《中国科学报》说，火山从海底喷发穿过四五千米深的海洋到达地表后，火山灰还能升到20多公里的高空，又引起比较强烈的地震和较大范围的海啸。“如果在地面喷发，火山灰甚至可能达到40公里的高空。”

他表示，此次火山喷发是1991年菲律宾皮纳图博火山（火山喷发指数VEI达到6级）爆发以来，地球上发生的最强火山喷发。尽管如此，在他看来，其强度或能达到5级，仍达不到6级。“否则，整个岛屿可能会被掀掉。”他说。

有媒体认为，此次火山爆发释放的能量相当于1000个广岛原子弹。刘嘉麒并不赞成这种比喻。在他看来，尽管火山喷发类似于自然界的原子弹或者地雷的爆炸，会造成很大的破坏，但很难计算其释放的物质当量。

二问：火山活动缘何频繁？

过去100年，洪阿哈阿帕伊岛海底火山活动十分活跃，曾经历多次喷发，不断塑造着岛屿的面貌。

“根据测量，该火山隐藏在海底的部分高约1800米，宽约20公里。巨大的海底火山顶着两个长度约2公里的小岛，分别是海底火山口边缘的西部和北部残余。2014年12月的一次喷发在两个大岛之间形成了一个新的岛屿。”中科院大气物理所博士左萌向记者介绍。

就在此次大规模喷发之前，该海底火山在2021年12月20日还曾喷发过一次，火山灰达到16公里的高度，喷发过程持续至12月21日凌晨左右逐渐减弱。

根据相关媒体报道，此次喷发之后，基本上位于北部的整个岛屿都沉入海底，还使得2014年形成的新岛屿沉入海面以下。

这一地带的海底火山缘何频繁喷发呢？对此，刘嘉麒解释，这与其所处的地质环境有着很大的关系。首先，这一带附近有着“地球第二深”的汤加海沟——深达10882米，仅次于马里亚纳海沟，是岩浆、火山和地震活动比较活跃的地方；同时，其附近多岛屿，地质构造比较活跃，作为汤加-克马德克群岛火山弧的一部分，地震、火山经常发生；另外汤加又处在太平洋板块跟大洋洲板块交界处，板块互相碰撞俯冲，也是引起火山喷发和地震的一个重要因素。

“所以，这里火山喷发频繁是很正常的。”刘嘉麒说。

三问：会引发“无夏之年”吗？

作为本世纪迄今为止最大的火山爆发，此次汤加火山喷发引起关注的一个话题是：它是否会极大地影响全球气候变化，甚至引起“无夏之年”？

与引起1816年“无夏之年”的坦博拉火山爆发相比，中科院大气物理所副研究员魏科认为，汤加火山喷发量级差距巨大，如果后期没有更强的爆发，此次火山爆发对全球气候的影响非常有限。

“火山影响气候并不是通过火山灰，而主要是通过火山喷发的二氧化硫。”魏科说，“二氧化硫气体会直达平流层，在较短时间即会形成硫酸气溶胶，随着平流层环流输送到全球各处。由于平流层环流稳定，所以硫酸会持续更长的时间，起到‘阳伞’作用，通过阻挡太阳辐射，引起近地面温度降低。”

他表示，火山爆发要对全球气候产生可识别的影响，据估算至少要喷发数百万吨以上的二氧化硫进入平流层。“此次火山爆发评级为5级左右比较合适，大概有40万吨二氧化硫进入平流层，总体而言，这一数值距离可以对全球气候有所影响，还有非常大的差距。”

值得注意的是，大规模火山喷发对气候的影响不仅仅局限于全球温度，也会对热带海温分布状态有所影响，还可能产生其他的环流影响。“从统计上讲，火山爆发有助于厄尔尼诺的发展。由于目前处于拉尼娜状态，因此可能会有助于拉尼娜的消退。但统计规律并不一定适合每一次的火山过程，还需要后续的观察和分析。”魏科说。

刘嘉麒也认为，此次火山喷发对于气候环境和生态产生的影响只是局部的、短时间的。他指出，历史上的相关影响大都不是某一局部火山喷发造成的，而更可能发生在大火山省喷发的情况下。“比如200多万平方公里的西伯利亚大火山省，或是我国峨眉山五六十万平方公里的大火山省喷发，会对气候环境和生态产生一些大的影响。”他说。

四问：火山活动还会持续吗？

“火山喷发通常是间歇性的，但也有连贯性。这个地区这么大的喷发规模，不会马上完全静止。”刘嘉麒表示，一方面，对于一座海底火山来说，目前能了解的仅是水面以上的情况，海底未到达水面的小规模喷发无法监测。另一方面，现在到达水面以上的喷发仅过了三四天，不可能完全静止。

“有的时候它会先释放一些能量，蓄积一段时间的能量后继续喷发。”刘嘉麒说，“如果条件具备，像15日这么大规模的喷发也并非不可能。但一般这种几率比较小，因为它已经释放了比较多的能量。”

中科院地质地球所副研究员孙春青也向本报表示，由于岩浆房内部储存的大量能量和物质已被释放，因此尽管不能排除其可能性，但大规模喷发几率不大。

五问：对中国影响几何？

根据中国自然资源部海啸预警中心最新监测结果，中国沿海海域于16日凌晨监测到海啸波，其中浙江石浦站最大海啸波幅约20厘米，其余潮位站海啸波幅均小于15厘米。此次喷发过程未对中国沿岸造成灾害性影响。

如果发生进一步喷发是否会影响到我国沿海地区呢？在刘嘉麒看来，我国不大可能遭受此次喷发带来的海啸的影响，因为我国大部分沿海地区有导弧链阻挡。不过，海南、台湾以及浙江、福建等有着裸露海岸线的地区可能受到大规模海啸的波及，因此应加强防范。

据孙春青介绍，近百年来，除了1951年西昆仑山地区，中国大陆几乎没有火山喷发。目前已知中国历史上最强的火山喷发是1000年前的长白山火山喷发，喷发指数达到6~7级。距离长白山1000公里之外的日本发现了数厘米厚的火山灰，在相距上万公里的北极格陵兰岛冰芯中也找到了那次长白山火山喷发的火山灰。这是当时规模很大的一次火山喷发。

“自然灾害不分国界，应该做到及时预测、防范和应对。”刘嘉麒说。他表示，火山喷发和地震预测一样，主要包括三个参数：时间、地点和强度。与地震不同，陆地火山喷发的地点和强度时间和强度现在基本上能精准地预测。

“但不像陆地，目前全球对海底火山尚缺乏监测，达不到准确预测的水平。现在地球科学正在向着深空、深地、深海发展，火山作用与这三个方面都密切相关，所以应该在这方面下功夫。”刘嘉麒说，由于历史等原因，我国研究火山的人太少，重视程度也不够，相关研究也遇到一些瓶颈。随着科学和社会的发展，这方面的研究必须得加强。https://t.cn/A6J9yYPD

2021年12月28日-29日，由新华网主办，清华大学新闻与传播学院联合主办，新华网思客、人文清华承办的“2021新华网思客年会”在北京以线上论坛的形式举行，本次年会聚焦“中国经济的下一程：新格局新优势 新篇章”。金融专业人士朱云来出席并发表主旨演讲。朱云来认为，在“双碳”目标下，光伏产业是一个新的发展机会。光伏作为可再生能源，无论是从光伏资源潜力，还是从技术成本、建设成本来看，都具备替代煤炭能源的可行性，从而推动电力系统转型。

以下为主要演讲内容：

今天受邀参加新华网思客年会，探讨新格局、新优势和新篇章，特别是在“双碳”大考下的产业机遇与挑战。经济增长是大家一直关心的问题，我们看一下过去世界经济60年的发展，可以看到经济总体上还是保持了一个平稳的3.4%左右的增长，但是也确实有一个长期的向下趋势。同时世界经济的债务也是越来越高，从经济的货币与产值的比较来看，可以看得出不断在攀升，这是对我们增长的一种挑战。

另外一个是环境的挑战。环境和气候的变化，这里有一个历史的观测记录，从1850年开始到现在，170多年，看到全世界的碳排放不断在增加，从最初的每年2.2亿吨碳排放到现在的323亿吨，所以对环境产生很大的压力。同时也可以看到，同时期观测到的地球二氧化碳的含量也是不断在攀升，从原来的285PPM到现在的409PPM。下面这张图可以看出，随着碳浓度的增加，相应的全世界的平均气温也在增加，几乎跟大气碳浓度水平是同步的，这样的气候产生的严重结果就是天气灾害频发，这是环境的挑战。

随着经济的发展，世界的碳排放不断在增长，中国也因为经济增长，碳排放越来越高。面对这样的挑战，我们怎么应对？国家提出了“双碳”的战略。

对此，我们做了研究和推算，下面有一张世界光伏潜力分布图，可以看出来有几个比较集中的红色区域，属于光照比较强烈的，其中一块就位于中国。我们经过测算，如果能够充分挖掘这一块光伏潜力的话，有可能替代目前我们用的煤炭能源的总量。另外对几个不同的可再生能源的比较，光伏潜力应该是最大的，差不多是风能潜力的1000倍。水力资源现在已经利用了其潜力的一半，未来上升空间有限，所以光伏提供了非常大的潜力。

再看新优势，就是技术进步使得光伏成本大幅下降。在过去的十年，光伏的度电价格降幅超过85%。左图中每瓦的光伏装机的价格有一个很大的降幅，然后看右图中光伏每度电的价格也有了大幅度下降，这也是在几种不同的可再生能源类别中成本降幅最快的，这样的话就大大提升了光伏的经济可行性。

同时可以看一下中国的光伏产业基础。从下面的左图可以看出来，中国光伏产业链的各个环节在全球占据了很大的比重，包括硅料的生产也是在迅速提升。看右边这张图，中国光伏电站建设成本也是系统性下降，同时显著低于全球的成本水平。

下面我们谈一下，如果经过进一步论证，证明光伏能源作为一个可再生能源，有足够大的规模可以替代煤炭做能源的基础，我们应该怎么转型？下面这张图上左边这一半实际上是2000年到2020年整个电力企业的装机总量在不断累积增加，今天大约有70%的发电还是用火电的技术设备。那么面向未来，我们可以怎么调整？这就是一个转型路径的问题。在这里我们有一个策略，这些煤电既然已经建了，那么就让它在工作寿命期持续工作，随着时间推延，每年会有折旧的、退役下来的，那在新增的发电能力上，就不再做传统电源的投资，而是把新的投资都集中在光伏类型的新能源，这样就会每年有一个逐渐等量替换的概念。同时如果有新的经济增长需求，光伏的投资根据实际情况也可以略微增加，这样的话就可以用大概20年完成一个自然的能源转型，最终实现用光伏来替代煤炭，实现我们的“双碳”目标。

按照刚才的演进路径，光伏产业投资假如从2021年开始，新增的电源都是由光伏装机来实现，那么下面这张图就展示了未来的20年的一个投资逐渐增加的过程，从开始大概0.25万亿，到后来大概2万亿的年投资，整个全过程完成约20年，总共的投资规模大概是20多万亿元。

刚才讲的是光伏发电的可能性，但光伏发电有两个重要的相关问题，还需要进一步的论证和研究来解决。这里做了一个基本测算，根据发电系统，我们现在一年发电7.6万亿度电，折成每天的话应该是210亿度，如果换用光伏，即使白天能够发这么多，但需要有一个储电体系以解决晚上用电的需求，储电大概需要90亿度。如果要储这么多能量的电，现在有几个选择：一个是最简单的抽水储能，有一个估算，如果要建立一个90亿度的储电能力抽水蓄能设施的话，需要6.2万亿的投资；一个是锂电储能，需要6.8万亿的投资；还有一个是用电解制氢，制氢以后，再通过氢发电进行存储和释放能量的过程；最后一个是压气储能，投资大概总额也要8万亿左右。比较下来抽水蓄能、锂电储能和压气储能可以控制在8万亿左右，这个价格占发电系统投资的比例大概是20%左右。从经济的投资测算角度来讲，也是占比适当，不算很高。

除了刚才讲的储电问题，未来还有一个输电问题。输电基本上可以尽量利用现有电网，但也需要根据光伏电场的选址情况，增加一些必要的输电线路。具体的输电线路的投资测算还需要一些细节信息和讨论，就不在这里展开了。总而言之，输电体系基本上可以最大限度地利用现有电网体系。光伏发电可重新再造新的电力行业，从发电到输电到储电，基本上是可以解决的，这是非常好的。光伏产业是一个新的发展机会，对电力系统来讲，也是一个转型的具体案例，能够从过去旧的、高碳高耗的形式，变成了新能源、低耗的形式。好，我今天就先讲这样，谢谢大家。

新华网思客 光伏产业调查