Hva vil bli av jorden etter baneskiftet? Ingeniørens syn

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

I den kinesiske science fiction-filmen Wandering Earth, utgitt av Netflix, forsøker menneskeheten, ved hjelp av enorme motorer installert rundt planeten, å endre jordens bane for å unngå dens ødeleggelse av den døende og ekspanderende solen, samt for å forhindre en kollisjon med Jupiter… Et slikt scenario med en kosmisk apokalypse kan en dag faktisk skje. Om omtrent 5 milliarder år vil solen gå tom for drivstoff for en termonukleær reaksjon, den vil utvide seg og mest sannsynlig svelge planeten vår. Selv tidligere vil vi selvfølgelig alle dø av en global temperaturøkning, men å endre jordens bane kan faktisk være en nødvendig løsning for å unngå en katastrofe, i det minste i teorien.

Men hvordan kan menneskeheten takle en så ekstremt kompleks ingeniøroppgave? Romsystemingeniør Matteo Ceriotti fra University of Glasgow delte flere mulige scenarier på sidene til The Conversetion.

Anta at vår oppgave er å forskyve jordens bane, flytte den bort fra solen omtrent halvparten av avstanden fra dens nåværende plassering, til omtrent der Mars er nå. Ledende romorganisasjoner rundt om i verden har lenge vurdert og til og med jobbet med ideen om å fortrenge små himmellegemer (asteroider) fra banene deres, som i fremtiden vil bidra til å beskytte jorden mot ytre påvirkninger. Noen alternativer tilbyr en svært destruktiv løsning: en atomeksplosjon nær eller på asteroiden; bruken av en "kinetic impactor", hvis rolle, for eksempel, kan spilles av et romfartøy som tar sikte på å kollidere med et objekt i høy hastighet for å endre banen. Men når det gjelder Jorden, vil disse alternativene absolutt ikke fungere på grunn av deres destruktive natur.

I rammen av andre tilnærminger foreslås det å trekke asteroider tilbake fra en farlig bane ved hjelp av romfartøy, som vil fungere som slepebåter, eller ved hjelp av større romskip, som på grunn av tyngdekraften vil trekke den farlige gjenstanden fra jorden. Igjen, dette vil ikke fungere med jorden, siden massen av objekter vil være helt uforlignelig.

Elektriske motorer

Dere vil sannsynligvis se hverandre, men vi har fortrengt Jorden fra banen vår i lang tid. Hver gang en annen sonde forlater planeten vår for å studere andre verdener i solsystemet, skaper bæreraketten som bærer den en liten (på planetarisk skala, selvfølgelig) impuls og virker på jorden og skyver den i motsatt retning av bevegelsen. Et eksempel er et skudd fra et våpen og den resulterende rekylen. Heldigvis for oss (men dessverre for vår "plan om å fortrenge jordens bane"), er denne effekten nesten usynlig for planeten.

For øyeblikket er den mest høyytelsesraketten i verden den amerikanske Falcon Heavy fra SpaceX. Men vi vil trenge rundt 300 kvintillioner oppskytinger av disse bærerne ved full last for å bruke metoden beskrevet ovenfor for å flytte jordens bane til Mars. Dessuten vil massen av materialer som kreves for å lage alle disse rakettene tilsvare 85 prosent av massen til selve planeten.

Bruken av elektriske motorer, spesielt ioniske, som frigjør en strøm av ladede partikler, på grunn av hvilken akselerasjon oppstår, vil være en mer effektiv måte å gi akselerasjon til massen. Og hvis vi installerer flere slike motorer på den ene siden av planeten vår, kan vår gamle jordkvinne virkelig dra på en reise gjennom solsystemet.

Riktignok vil det i dette tilfellet kreves motorer med virkelig gigantiske dimensjoner. De må installeres i en høyde på rundt 1000 kilometer over havet, utenfor jordens atmosfære, men samtidig sikkert festet til planetens overflate slik at en skyvekraft kan overføres til den. I tillegg, selv med en ionestråle som kastes ut med 40 kilometer per sekund i ønsket retning, må vi fortsatt kaste ut tilsvarende 13 prosent av jordens masse som ionepartikler for å flytte de resterende 87 prosentene av planetens masse.

Lett seil

Siden lys bærer momentum, men ikke har noen masse, kan vi også bruke en veldig kraftig kontinuerlig og fokusert lysstråle, for eksempel en laser, for å forskyve planeten. I dette tilfellet vil det være mulig å bruke energien til selve solen, uten på noen måte å bruke massen til jorden selv. Men selv med et utrolig kraftig 100-gigawatt lasersystem, som er planlagt brukt i peakthrough Starshot-prosjektet, der forskere ønsker å sende en liten romsonde til den nærmeste stjernen til systemet vårt ved hjelp av en laserstråle, trenger vi tre quintillion år med kontinuerlig laserpuls for å møte vårt banereverseringsmål.

Sollys kan reflekteres direkte fra et gigantisk solseil som vil være i verdensrommet, men forankret til jorden. Som en del av tidligere forskning har forskere funnet ut at dette ville kreve en reflekterende skive 19 ganger diameteren til planeten vår. Men i dette tilfellet, for å oppnå resultatet, må du vente omtrent en milliard år.

Interplanetarisk biljard

Et annet mulig alternativ for å fjerne Jorden fra sin nåværende bane er den velkjente metoden for å utveksle momentum mellom to roterende legemer for å endre deres akselerasjon. Denne teknikken er også kjent som gravitasjonsassistanse. Denne metoden brukes ofte i interplanetære forskningsoppdrag. For eksempel brukte romfartøyet Rosetta som besøkte kometen 67P i 2014-2016, som en del av sin ti år lange reise til studieobjektet, gravitasjonshjelp rundt jorden to ganger, i 2005 og i 2007.

Som et resultat ga jordens gravitasjonsfelt hver gang en økt akselerasjon til Rosettaen, noe som ville vært umulig å oppnå med kun bruk av motorene til selve apparatet. Jorden fikk også et motsatt og likt akselerasjonsmomentum innenfor rammen av disse gravitasjonsmanøvrene, men dette hadde selvfølgelig ingen målbar effekt på grunn av selve planetens masse.

Men hva om du bruker det samme prinsippet, men med noe mer massivt enn et romfartøy? For eksempel kan de samme asteroidene sikkert endre banene sine under påvirkning av jordens tyngdekraft. Ja, en engangs gjensidig påvirkning på jordens bane vil være ubetydelig, men denne handlingen kan gjentas mange ganger for til slutt å endre posisjonen til banen til planeten vår.

Enkelte områder av solsystemet vårt er ganske tett "utstyrt" med mange små himmellegemer, som asteroider og kometer, hvis masse er liten nok til å trekke dem nærmere planeten vår ved å bruke passende og ganske realistiske teknologier når det gjelder utvikling.

Med en svært nøye beregning av banen er det fullt mulig å bruke den såkalte «delta-v-displacement»-metoden, når et lite legeme kan forskyves fra sin bane som følge av en nær tilnærming til jorden, som vil gi et mye større momentum til planeten vår. Alt dette høres selvfølgelig veldig kult ut, men tidligere studier ble utført som fastslo at i dette tilfellet ville vi trenge en million slike nære asteroidepassasjer, og hver av dem må skje i intervallet på flere tusen år, ellers vil vi være sent på den tiden da solen utvider seg så mye at liv på jorden blir umulig.

konklusjoner

Av alle alternativene som er beskrevet i dag, ser det ut til å være det mest realistiske å bruke flere asteroider for gravitasjonshjelp. Men i fremtiden kan bruk av lys bli et mer passende alternativ, selvfølgelig, hvis vi lærer å lage gigantiske kosmiske strukturer eller superkraftige lasersystemer. Uansett kan disse teknologiene også være nyttige for vår fremtidige romutforskning.

Og likevel, til tross for den teoretiske muligheten og sannsynligheten for praktisk gjennomførbarhet i fremtiden, for oss, vil kanskje det mest passende alternativet for frelse være gjenbosetting til en annen planet, for eksempel den samme Mars, som kan overleve solens død. Tross alt har menneskeheten lenge sett på det som et potensielt andre hjem for vår sivilisasjon. Og hvis du også vurderer hvor vanskelig det vil være å implementere ideen om en forskyvning av jordens bane, kan det ikke virke som en så vanskelig oppgave å kolonisere Mars og muligheten for å terraformere den for å gi planeten et mer beboelig utseende.