Hvad vil der blive af Jorden efter orbitalskiftet? Ingeniørens syn

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

I den kinesiske science fiction-film Wandering Earth, udgivet af Netflix, forsøger menneskeheden, ved hjælp af enorme motorer installeret rundt om planeten, at ændre Jordens kredsløb for at undgå dens ødelæggelse af den døende og ekspanderende Sol, samt for at forhindre en kollision med Jupiter… Sådan et scenarie med en kosmisk apokalypse kan en dag faktisk ske. Om omkring 5 milliarder år vil vores sol løbe tør for brændstof til en termonuklear reaktion, den vil udvide sig og højst sandsynligt sluge vores planet. Selvfølgelig vil vi alle tidligere dø af en global temperaturstigning, men at ændre Jordens kredsløb kan faktisk være en nødvendig løsning for at undgå en katastrofe, i det mindste i teorien.

Men hvordan kan menneskeheden klare en så ekstremt kompleks ingeniøropgave? Rumsystemingeniør Matteo Ceriotti fra University of Glasgow delte flere mulige scenarier på siderne af The Conversetion.

Antag, at vores opgave er at forskyde Jordens kredsløb, flytte den væk fra Solen omkring halvdelen af afstanden fra dens nuværende placering, til omtrent hvor Mars er nu. Førende rumorganisationer rundt om i verden har længe overvejet og endda arbejdet på ideen om at fortrænge små himmellegemer (asteroider) fra deres baner, hvilket i fremtiden vil hjælpe med at beskytte Jorden mod ydre påvirkninger. Nogle muligheder tilbyder en meget destruktiv løsning: en atomeksplosion nær eller på asteroiden; brugen af en "kinetic impactor", hvis rolle for eksempel kan spilles af et rumfartøj, der har til formål at kollidere med et objekt med høj hastighed for at ændre dets bane. Men hvad Jorden angår, vil disse muligheder bestemt ikke fungere på grund af deres destruktive natur.

Inden for rammerne af andre tilgange foreslås det at trække asteroider tilbage fra en farlig bane ved hjælp af rumfartøjer, som vil fungere som slæbebåde, eller ved hjælp af større rumskibe, som på grund af deres tyngdekraft vil trække det farlige objekt tilbage fra Jorden. Igen vil dette ikke fungere med Jorden, da massen af objekter vil være fuldstændig uforlignelig.

Elektriske motorer

I vil sikkert se hinanden, men vi har fortrængt Jorden fra vores kredsløb i lang tid. Hver gang en anden sonde forlader vores planet for at studere andre verdener i solsystemet, skaber bæreraketten, der bærer den, en lille (på planetarisk skala, selvfølgelig) impuls og virker på Jorden og skubber den i den modsatte retning af dens bevægelse. Et eksempel er et skud fra et våben og det resulterende rekyl. Heldigvis for os (men desværre for vores "plan om at fortrænge Jordens kredsløb"), er denne effekt næsten usynlig for planeten.

I øjeblikket er den mest højtydende raket i verden den amerikanske Falcon Heavy fra SpaceX. Men vi skal bruge omkring 300 quintillioner opsendelser af disse bærere ved fuld belastning for at bruge metoden beskrevet ovenfor til at flytte Jordens kredsløb til Mars. Desuden vil massen af materialer, der kræves for at skabe alle disse raketter, svare til 85 procent af selve planetens masse.

Brugen af elektriske motorer, især ioniske motorer, som frigiver en strøm af ladede partikler, på grund af hvilken acceleration opstår, vil være en mere effektiv måde at give acceleration til massen. Og hvis vi installerer flere sådanne motorer på den ene side af vores planet, kan vores gamle jordkvinde virkelig tage på en rejse gennem solsystemet.

Sandt nok, i dette tilfælde kræves motorer af virkelig gigantiske dimensioner. De skal installeres i en højde af omkring 1000 kilometer over havets overflade, uden for jordens atmosfære, men samtidig sikkert fastgjort til planetens overflade, så en skubbekraft kan overføres til den. Hertil kommer, at selv med en ionstråle, der udstødes med 40 kilometer i sekundet i den ønskede retning, skal vi stadig udstøde, hvad der svarer til 13 procent af Jordens masse som ionpartikler for at flytte de resterende 87 procent af planetens masse.

Let sejl

Da lys bærer momentum, men ikke har nogen masse, kan vi også bruge en meget kraftig kontinuerlig og fokuseret lysstråle, såsom en laser, til at forskyde planeten. I dette tilfælde vil det være muligt at bruge selve Solens energi, uden på nogen måde at bruge jordens masse. Men selv med et utroligt kraftigt 100 gigawatt lasersystem, som er planlagt til at blive brugt i peakthrough Starshot-projektet, hvor forskere vil sende en lille rumsonde til den nærmeste stjerne på vores system ved hjælp af en laserstråle, skal vi bruge tre quintillion år med kontinuerlig laserpuls til at opfylde vores kredsløbsvendingsmål.

Sollys kan reflekteres direkte fra et kæmpe solsejl, der vil være i rummet, men forankret til Jorden. Som en del af tidligere forskning har forskere fundet ud af, at dette ville kræve en reflekterende skive 19 gange diameteren af vores planet. Men i dette tilfælde skal du vente omkring en milliard år for at opnå resultatet.

Interplanetarisk billard

En anden mulig mulighed for at fjerne Jorden fra dens nuværende bane er den velkendte metode til at udveksle momentum mellem to roterende legemer for at ændre deres acceleration. Denne teknik er også kendt som gravity assist. Denne metode bruges ofte i interplanetariske forskningsmissioner. For eksempel brugte Rosetta-rumfartøjet, der besøgte kometen 67P i 2014-2016, som en del af sin ti-årige rejse til genstanden for undersøgelsen, tyngdekraftsassistance rundt om Jorden to gange, i 2005 og i 2007.

Som et resultat heraf bidrog Jordens tyngdefelt hver gang til Rosettaen en øget acceleration, hvilket ville have været umuligt at opnå kun ved brug af selve apparatets motorer. Jorden fik også en modsat og lige stor accelerationsmomentum inden for rammerne af disse gravitationsmanøvrer, dog havde dette naturligvis ingen målbar effekt på grund af selve planetens masse.

Men hvad hvis du bruger det samme princip, men med noget mere massivt end et rumfartøj? For eksempel kan de samme asteroider helt sikkert ændre deres bane under indflydelse af Jordens tyngdekraft. Ja, en engangs gensidig påvirkning af Jordens bane vil være ubetydelig, men denne handling kan gentages mange gange for i sidste ende at ændre positionen af vores planets bane.

Visse områder af vores solsystem er ret tæt "udstyret" med mange små himmellegemer, såsom asteroider og kometer, hvis masse er lille nok til at trække dem tættere på vores planet ved hjælp af passende og ganske realistiske teknologier med hensyn til udvikling.

Med en meget omhyggelig udregning af banen er det sagtens muligt at bruge den såkaldte "delta-v-forskydning" metode, når et lille legeme kan forskydes fra sin bane som følge af en tæt tilnærmelse til Jorden, hvilket vil give et meget større momentum til vores planet. Alt dette lyder selvfølgelig meget fedt, men tidligere undersøgelser blev udført, der fastslog, at vi i dette tilfælde ville have brug for en million så tætte asteroidepassager, og hver af dem skal forekomme i intervallet på flere tusinde år, ellers vil vi være sent på det tidspunkt, hvor Solen udvider sig så meget, at liv på Jorden bliver umuligt.

konklusioner

Af alle de muligheder, der er beskrevet i dag, ser det ud til at være den mest realistiske at bruge flere asteroider til tyngdekraft. Men i fremtiden kan brugen af lys naturligvis blive et mere passende alternativ, hvis vi lærer at skabe gigantiske kosmiske strukturer eller superkraftige lasersystemer. Under alle omstændigheder kan disse teknologier også være nyttige til vores fremtidige rumudforskning.

Og alligevel, på trods af den teoretiske mulighed og sandsynligheden for praktisk gennemførlighed i fremtiden, ville den måske mest egnede mulighed for frelse for os være genbosættelse til en anden planet, for eksempel den samme Mars, som kan overleve vores sols død. Menneskeheden har trods alt længe set på det som et potentielt andet hjem for vores civilisation. Og hvis du også tænker på, hvor svært det vil være at implementere ideen om en forskydning af Jordens kredsløb, vil kolonisering af Mars og muligheden for at terraformere den for at give planeten et mere beboeligt udseende måske ikke virke som en så vanskelig opgave.