我们的工业化文明给环境带来了大量的污染物。这些污染物的一个重要来源是燃烧，这导致了气溶胶颗粒的产生，包括黑碳。虽然黑碳只占这些颗粒的一小部分，但它吸收和保留热量的能力以及它可能破坏雪等表面的热反射特性使它成为一个令人关注的问题。
因此，了解黑碳如何与太阳光互动是至关重要的。在一个重要的发展中，研究人员最近实现了对黑碳折射率的最精确测量，这可能影响气候模型。
导致气候变化的因素很多，其中一些因素如化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放、水泥生产产生的二氧化硫以及畜牧业产生的甲烷排放更为人所知。然而，黑碳气溶胶，也是燃烧的副产品，虽然不常被讨论，但具有重要意义。
本质上黑碳是一种烟尘，擅长吸收阳光和储存热量，从而导致大气变暖。同时，鉴于深色在反射光线和热量方面的效果较差，当黑碳覆盖在包括雪在内的较轻的表面时，它减少了这些表面将热量反射到空间的潜力。
东京大学地球和行星科学系的Nobuhiro Moteki助理教授说："了解黑碳和阳光之间的互动在气候研究中具有根本的重要性。在这方面，黑碳最关键的属性是它的折射率，基本上是它如何重定向和分散进入的光线。然而，现有的对黑碳折射率的测量是不准确的。我和我的团队进行了详细的实验来改善这个问题。通过我们改进的测量，我们现在估计，目前的气候模型可能低估了黑碳对太阳辐射的吸收，低估幅度达16%。"
由安装在研究船Shinsei Maru上的气溶胶-冲击器采样器收集的环境气溶胶的透射电子显微镜图像。红色箭头表示单个黑碳聚集体，其中大部分与硫酸盐（绿色箭头）和/或有机物质（浅蓝色箭头）混合。
以前对黑碳光学特性的测量往往受到一些因素的干扰，如缺乏纯样品，或难以测量光与不同复杂形状的颗粒之间的相互作用。Moteki和他的团队通过在水中捕捉黑碳颗粒，然后用硫酸盐或其他水溶性化学品将其隔离，改善了这种情况。通过隔离这些颗粒，研究小组能够更好地对它们进行照射，并分析它们的散射方式，这为研究人员提供了计算折射率值的数据。
Moteki说："我们测量了从分离在水中的黑碳样品中散射的光的振幅，或强度，以及相位，或阶梯。这使我们能够计算出所谓的黑碳的复合折射率。复杂是因为它不是一个单一的数字，而是一个包含两部分的数值，其中一部分是'虚数'（与吸收有关），尽管它的影响非常、非常真实。这种带有虚数成分的复数实际上在光学科学领域和其他领域非常常见。"
由于对黑碳的新光学测量意味着目前的气候模型低估了它对大气变暖的贡献，该团队希望其他气候研究人员和决策者能够利用他们的发现。该团队开发的确定颗粒的复杂折射率的方法可以应用于黑碳以外的材料。这样就可以对大气、海洋或冰芯中的未知颗粒进行光学识别，并对粉末状材料的光学特性进行评估，而不仅仅是与正在进行的气候变化问题有关的材料。