随着政府间气候变化专门委员会第六次评估报告的发布1在美国，气候变化危机无可辩驳，采取行动应对气候变化的迫切需要得到国际社会的广泛支持。联合国秘书长对2021年11月COP26承诺的评价是，这是“重要的一步，但还不够”。如果没有更大的雄心壮志，它们似乎不足以实现《巴黎协定》的气候行动目标。在这篇评论中，我们描述了测量凯克天文台(WMKO)在温室气体(GHG)排放方面的碳足迹的方法，以及该方法如何促使我们在未来十年明确提出减少天文台碳足迹的目标。

基准温室气体清单

对于最初的碳足迹估计，我们选择使用2019年作为基准年，因为2019年是COVID-19大流行之前的最近一年，大流行对业务、现场服务和商务旅行产生了重大影响。其他几个天文台(ESO2,昌3.NOIRLab)也选择了这一年，这个选择可以允许一些有用的数据比较。

温室气体协议企业标准4为组织编制温室气体排放清单提供标准和指导。它涵盖了京都议定书所涵盖的六种温室气体的核算和报告。温室气体核算协议的一个关键要素是范围的概念。范围用于说明直接和间接排放，并避免跨组织的重复计算。它们还可以提供洞见，为实现最大影响的缓解战略提供信息。2019年的初步估计包括WMKO设施的所有直接排放(范围1)、购买电力的所有间接排放(范围2)和部分(稍后描述)WMKO活动导致的价值链上下的间接排放(范围3)。公吨CO2等价(tCO2E)是标准报告单位。其他温室气体，甲烷是最重要的，有不同的全球变暖影响和在地球大气中的半衰期。这些气体的排放被转化为CO的量2相当于100年全球变暖潜能值(GWP)。

WMKO在夏威夷岛上运营着三个设施:位于莫纳克的双10米WMKO望远镜设施、位于威梅亚镇的总部(HQ)设施，以及位于主总部园区后面的单独计量的访问科学家宿舍(VSQ)。WMKO员工总数约为125名全职员工，其中大部分(70%)员工在总部汇报工作，其余30%主要在毛纳克岛工作。VSQ主要用于访问天文学家在他们的观测运行期间使用。

2019年第1范围直接排放包括WMKO车队运行消耗的汽油2用于每月对望远镜镜段的清洁，顶峰备用发电机用柴油，叉车用丙烷，HQ便携式发电机和电动洗衣机用汽油(表1)．

表1 2019年WMKO温室气体估计排放量
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范围2购电产生的间接排放是购电总兆瓦时乘以tCO排放量的乘积2夏威夷电力公司是夏威夷电力工业公司(HEI)的子公司。所有三个单独计量的WMKO设施现在都安装了光伏太阳能电池板，但莫纳克亚设施的光伏电池板在2019年尚未投入使用。任何输出到电网的多余太阳能都不会直接影响我们的范围2温室气体计算，但确实有助于为我们当地的岛屿社区建设更绿色的电网。通过检查每月的公用事业报表，我们确定2019年该公用事业公司向所有三个地点提供的总电力为2978兆瓦时。我们把它转换成tCO2e乘以特定岛屿的电力排放强度(表2)获得1581吨co2E范围2排放。

表2夏威夷电力排放的温室气体
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范围3是一个可选的报告类别，代表尚未列入范围2的上游和下游活动的所有间接排放。这些排放是最难衡量的，一般将包括在其他报告实体的1或2排放范围内。对价值链上下游的所有类别进行全面而准确的核算的期望是有限的。《温室气体议定书》的指导方针将包括被认为具有重大环境影响的类别，特别是与该组织的第1和第2级排放相比。对于许多组织来说，商务旅行可能是温室气体排放的重要来源。对于夏威夷岛上的WMKO，我们怀疑商务旅行的航空部分本身将是重要的。出于类似的原因，其他观测站也在优先收集与商务旅行有关的温室气体影响的数据。Astro2020年代际调查5特别指出航空旅行是天文学专业碳足迹的一个重要贡献者。

就初步估计而言，唯一包括的3个排放范围是商务旅行的航空部分。我们从2019年提交的所有费用报告的电子记录中挖掘数据，发现212份报告包括WMKO员工的航空旅行。有很多工具可以用来计算任何两个机场之间的航空旅行的碳足迹。我们决定使用D. Barret发布的旅行足迹计算器工具6敬2020年的科学界。它结合了多种可选择的排放模型。我们选择了默认的模型设置，这将导致中等辐射强迫指数约为2.0。该工具具有相同的设置，也将用于即将进行的NOIRLab温室气体排放估算。NOIRLab是一个天文台，管理着整个美洲的多个站点，包括莫纳克岛的双子北。

2019年第1范围、第2范围和第3范围的航空部分的估计排放量总计为1994 tCO2e.由于第3范围只有部分解释，因此有必要对第3范围进行进一步的调查。对范围1和2排放的测量具有很高的置信度。更多关于数据收集方法、误差和不确定性来源的细节见参考文献。7．

到净零的路径

WMKO目前正与多个利益相关方合作，对其2035年之前的战略计划进行重大更新，并于2023年初开始实施。这是一个极好的机会和视野，为天文台阐明和采用雄心勃勃但可实现的减少碳足迹目标，以及实现这些目标的高级别策略。WMKO领导层正在考虑在2035年战略计划中采纳以下建议，以便在WMKO气候行动计划中实施:(a)承诺到2035年实现第1和第2范围的净零排放，并力争到2030年实现净零排放;(b)争取到2035年实现3级净零排放;(c)通过对WMKO车队进行脱碳、提高效率、建立更绿色的电网、减少航空足迹和碳补偿来填补空白。除了减少天文台的温室气体排放外，我们建议WMKO的气候行动计划努力支持减少更广泛的天文团体的碳足迹，特别是与使用WMKO望远镜时间有关的碳足迹。

切合实际的目标

上述承诺和愿望有多现实?我们依次从范围1的排放开始，WMKO车队的25辆车所消耗的燃料占主要(99%)。按照历史上每年更换2到3辆汽车的速度，用电动汽车取代内燃机汽车将需要10年的时间来实现车队的脱碳。一个单独的项目8在没有毛纳克岛的情况下，从威美阿岛远程操作望远镜的计划正在进行中，这将导致总车队规模减少6辆。这使得2030年范围1的减排目标切实可行。2022年6月，我们在WMKO总部安装了我们的第一个电动汽车充电站，并在7月接收了我们的第一辆电动汽车。

至于范围2，占WMKO 2019年估计碳足迹的近80%，实现净零的途径是进一步节约电力和建设更环保的当地电网。无花果。1显示了范围2的电力从2006年的峰值到2021年的下降趋势，2021年下降到峰值以下37%。我们认为，在未来10年里，数十个额外的效率机会将延续这种下降趋势。计划在2023年实现圆顶排气风扇和支撑望远镜的静压轴承系统的能源减少。它们代表了望远镜设施中最大的四个电力消耗者。

图1:2005 - 2021年WMKO电力趋势。
图1

2006年，当Keck 2液体染料激光器(70千瓦能量消耗器)全面投入使用时，公用事业公司向WMKO提供了峰值电力。自那以后，该数据一直呈下降趋势，比2021年的峰值低37%。这主要得益于固态激光器、多电机效率升级、照明升级、所有三个设施的太阳能光伏和虚拟化15计算基础设施的重要组成部分。随着数十项已计划和尚未计划的升级和效率改进的实施，例如更换多个老化的冷却系统，预计未来十年这一趋势将继续下降。

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夏威夷州继续提高相对于美国国家目标的雄心勃勃的州气候行动目标的标准。其中包括州立法机构的法案，要求公共事业委员会(PUC)在2045年之前实施胡萝卜加大棒的绩效监管，以符合夏威夷整个经济的碳中和目标。2021年11月，夏威夷电力公司宣布9“到2030年，夏威夷电力公司的可再生能源组合标准(RPS)预计将超过70%，可再生资源将为夏威夷岛和毛伊县提供接近100%的电力。”这些雄心都得到了已公布的项目计划的支持10以及达到目标的动机。2)．到2030年或2035年，夏威夷电力公司能在多大程度上实现夏威夷岛的零排放强度还有待观察。然而，我们有理由认为，天文台可透过购买碳补偿，直至达到净零为止，以弥补任何不足。

图2:夏威夷岛现有和计划的发电设施在2030年的道路上，预计可再生资源将满足100%的发电量。
图2

夏威夷岛在2021年实现了60%的可再生能源。2022年将是普纳地热风险发电在2018年破坏性火山活动后恢复满负荷发电的第一个全年。扩大地热发电能力有待批准。两个大型电网规模的太阳能光伏(每个占地300英亩)和电池存储工厂正在建设中，预计将于2023年投产。每座电站都能提供该岛7%的电力需求。图改编自引用许可。10夏威夷电气工业公司。

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2019年至2021年期间，WMKO实现了能源效率和额外的太阳能光伏(图1)。1)和更环保的夏威夷岛电网(见表2)导致第2范围的温室气体排放量从1581公吨减少到1058公吨2e.尽管要继续保持这种陡峭的增长轨迹是不现实的，但在短短两年内减少33%是令人鼓舞的。

工作人员商务旅行中仅航空部分(范围3)的排放量约为第1范围的2.5倍，确实相当可观，值得认真考虑如何减少第1和第3范围的全面环境影响。减少航空旅行的影响是全球社会在应对气候变化方面面临的最具挑战性的问题之一。对于这一挑战，没有明确的最佳单一解决方案。我们相信解决这个问题7将采取减少空中旅行、提高旅客意识、多种新兴技术和航空工业本身的其他措施相结合的措施。

更广泛的天文学影响

使用WMKO望远镜观测时间的天文学家和他们的机构在计算与天文学有关的范围3的排放时，需要考虑WMKO的碳足迹分配。计算这一分配的一种方法是用WMKO年度总碳足迹除以年度科学夜的数量，得到每个分配的科学夜的碳足迹。用于维护和提高望远镜的科学能力的工程之夜因此被分配到可用的科学之夜。通过两台望远镜和2019年的数据，我们得到:1994 tCO2e /(每个望远镜365个夜晚× 2个望远镜- 57.5个工程夜晚)= 3.0 tCO22019科学之夜。史蒂文斯等人2020年的一篇论文。11研究澳大利亚天文学界的碳足迹包括分配35亿吨二氧化碳2e表示WMKO望远镜使用时间的10个晚上。差异(3.5 tCO vs 3.0 tCO2)可以通过对工程夜的考虑方式和现已过时的对WMKO温室气体排放的初步粗略估计来解释。尽管我们还没有完成2021年的完整温室气体清单，但上述33%的2级范围减排和2021年员工商务旅行的显著减少综合起来表明，WMKO科学之夜的排放量下降到约2.0亿吨二氧化碳当量2相比之下，2021年的产量为3.0亿吨油当量2E代表2019年。

直到1997年，使用WMKO望远镜时间旅行到毛纳克山顶进行观测。几年来，他们可以选择在威米亚WMKO总部的远程操作室或在全球其他机构复制的类似装置中进行观测。这些远程选择节省了观察员的成本和旅行时间。与观察员旅行相关的碳足迹可作为观察员所在机构的第三范围排放商务旅行。我们对温室气体议定书第3范围技术指南的解读4，12没有发现这包括在WMKO范围3类别的任何边界内。尽管如此，为WMKO科学运行而进行的观察员旅行是天文台可以施加影响和采取可能对减少温室气体排放产生重大影响的行动的一件事。在大流行封锁阶段的早期，旅行限制和远程机构访问限制促使有必要扩大从天文学家家中进行观测的能力(也称为“睡衣模式”观测)，以便WMKO恢复全面的科学运作。Walawender等人在2022年发表的一篇论文。13我们将对此进行详细讨论。大流行前，仅航空旅行观察员的排放量估计就为1,120亿吨二氧化碳2e年1．这一数字降至40亿吨二氧化碳当量2e表示科学活动全面恢复，但进入WMKO总部受到限制的那一年。在截至2022年6月27日的12个月里，当旅行和准入限制被取消后，天然气产量有所回升，但仅为330万亿二氧化碳当量2e年1．

一旦大流行完全成为过去，观测者旅行将达到什么水平还有待观察，但这清楚地表明，根据《Astro2020》的建议，通过远程观测减少排放的潜力5．它还说明了组织理解价值链上下的潜在范围3机会的价值，甚至是那些在组织范围3温室气体报告边界之外的机会，以发现可能比在组织控制范围内更直接的减排更有影响力的行动和决定。

分享知识是减少碳足迹的关键

本评论中所述的工作借鉴了其他天文台的碳足迹评估工作，并从中受益。尽管本文没有具体比较，但我们认为WMKO排放数据与我们从莫纳克岛和其他地方的其他观测站看到的已发表和尚未发表的排放强度数据相比非常有利。由于我们都拥有相同的大气，通过分享数据和经验教训，为加速减少天文学的碳足迹建立势头，加强我们朝着净零的集体努力，符合我们所有人的共同利益。像这样的文章可以发挥作用，以及其他交流思想和协作的场所。例如，我们期待与其他毛纳克天文台合作，了解和解决夏威夷岛当地有关车队脱碳的后勤挑战，如电动汽车充电。当地电力公司的排放率轨迹直接关系到夏威夷岛所有组织的共同利益，因为我们正在努力减少二级排放。能源效率的提高为跨地区分享方法提供了多个有针对性的机会。由于第3类排放的理解和评估更加复杂，但也有可能产生巨大影响，我们认为，分享第3类战略和个别用例的见解可能特别有价值。

这里概述的减排目标、愿望和战略阐明了一种增强的雄心，特别是如果其他莫纳克天文台也有同样的抱负，就可以在加速夏威夷向绿色经济过渡和推动天文学走向绿色未来方面发挥作用。