我們的工業化文明給環境帶來了大量的污染物。這些污染物的一個重要來源是燃燒，這導致了氣溶膠顆粒的產生，包括黑碳。雖然黑碳只佔這些顆粒的一小部分，但它吸收和保留熱量的能力以及它可能破壞雪等表面的熱反射特性使它成為一個令人關注的問題。

因此，了解黑碳如何與太陽光互動是至關重要的。在一個重要的發展中，研究人員最近實現了對黑碳折射率的最精確測量，這可能影響氣候模型。

導致氣候變化的因素很多，其中一些因素如化石燃料燃燒產生的二氧化碳排放、水泥生產產生的二氧化硫以及畜牧業產生的甲烷排放更為人所知。然而，黑碳氣溶膠，也是燃燒的副產品，雖然不常被討論，但具有重要意義。

本質上黑碳是一種煙塵，擅長吸收陽光和儲存熱量，從而導致大氣變暖。同時，鑑於深色在反射光線和熱量方面的效果較差，當黑碳覆蓋在包括雪在內的較輕的表面時，它減少了這些表面將熱量反射到空間的潛力。

東京大學地球和行星科學系的Nobuhiro Moteki助理教授說：”了解黑碳和陽光之間的互動在氣候研究中具有根本的重要性。在這方面，黑碳最關鍵的屬性是它的折射率，基本上是它如何重定向和分散進入的光線。然而，現有的對黑碳折射率的測量是不准確的。我和我的團隊進行了詳細的實驗來改善這個問題。通過我們改進的測量，我們現在估計，目前的氣候模型可能低估了黑碳對太陽輻射的吸收，低估幅度達16%。”

由安裝在研究船Shinsei Maru上的氣溶膠-衝擊器採樣器收集的環境氣溶膠的透射電子顯微鏡圖像。紅色箭頭表示單個黑碳聚集體，其中大部分與硫酸鹽（綠色箭頭）和/或有機物質（淺藍色箭頭）混合。

以前對黑碳光學特性的測量往往受到一些因素的干擾，如缺乏純樣品，或難以測量光與不同複雜形狀的顆粒之間的相互作用。Moteki和他的團隊通過在水中捕捉黑碳顆粒，然後用硫酸鹽或其他水溶性化學品將其隔離，改善了這種情況。通過隔離這些顆粒，研究小組能夠更好地對它們進行照射，並分析它們的散射方式，這為研究人員提供了計算折射率值的數據。

Moteki說：”我們測量了從分離在水中的黑碳樣品中散射的光的振幅，或強度，以及相位，或階梯。這使我們能夠計算出所謂的黑碳的複合折射率。複雜是因為它不是一個單一的數字，而是一個包含兩部分的數值，其中一部分是’虛數’（與吸收有關），儘管它的影響非常、非常真實。這種帶有虛數成分的複數實際上在光學科學領域和其他領域非常常見。”

由於對黑碳的新光學測量意味著目前的氣候模型低估了它對大氣變暖的貢獻，該團隊希望其他氣候研究人員和決策者能夠利用他們的發現。該團隊開發的確定顆粒的複雜折射率的方法可以應用於黑碳以外的材料。這樣就可以對大氣、海洋或冰芯中的未知顆粒進行光學識別，並對粉末狀材料的光學特性進行評估，而不僅僅是與正在進行的氣候變化問題有關的材料。