Ce se va întâmpla cu Pământul după schimbarea orbitală? Viziunea inginerului

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

În filmul chinezesc științifico-fantastic Wandering Earth, lansat de Netflix, omenirea, folosind motoare uriașe instalate în jurul planetei, încearcă să schimbe orbita Pământului pentru a evita distrugerea acesteia de către Soarele muribund și în expansiune, precum și pentru a preveni o coliziune cu Jupiter… Un astfel de scenariu de apocalipsă cosmică se poate întâmpla într-o zi. În aproximativ 5 miliarde de ani, soarele nostru va rămâne fără combustibil pentru o reacție termonucleară, se va extinde și, cel mai probabil, va înghiți planeta noastră. Desigur, chiar și mai devreme vom muri cu toții din cauza creșterii globale a temperaturii, dar schimbarea orbitei Pământului poate fi într-adevăr o soluție necesară pentru a evita o catastrofă, cel puțin în teorie.

Dar cum poate omenirea să facă față unei sarcini de inginerie atât de complexă? Inginerul de sisteme spațiale Matteo Ceriotti de la Universitatea din Glasgow a împărtășit mai multe scenarii posibile pe paginile Conversației.

Să presupunem că sarcina noastră este să deplasăm orbita Pământului, îndepărtându-l de Soare cu aproximativ jumătate din distanța de la locația sa actuală, până unde se află acum Marte. Agențiile spațiale de vârf din întreaga lume au luat în considerare de mult timp și chiar lucrează la ideea deplasării micilor corpuri cerești (asteroizi) de pe orbitele lor, care în viitor vor ajuta la protejarea Pământului de impacturile externe. Unele opțiuni oferă o soluție extrem de distructivă: o explozie nucleară în apropierea sau pe asteroid; utilizarea unui „impactor cinetic”, al cărui rol, de exemplu, poate fi jucat de o navă spațială menită să se ciocnească cu un obiect cu viteză mare pentru a-și schimba traiectoria. Dar în ceea ce privește Pământul, aceste opțiuni cu siguranță nu vor funcționa din cauza naturii lor distructive.

În cadrul altor abordări, se propune retragerea asteroizilor dintr-o traiectorie periculoasă folosind nave spațiale, care vor acționa ca remorchere, sau cu ajutorul unor nave spațiale mai mari, care, datorită gravitației lor, vor retrage obiectul periculos de pe Pământ. Din nou, acest lucru nu va funcționa cu Pământul, deoarece masa obiectelor va fi complet incomparabilă.

Motoare electrice

Probabil că vă veți vedea, dar de mult am îndepărtat Pământul de pe orbita noastră. De fiecare dată când o altă sondă părăsește planeta noastră pentru a studia alte lumi ale sistemului solar, racheta purtătoare care o poartă creează un mic impuls (la scară planetară, desigur) și acționează asupra Pământului, împingându-l în direcția opusă mișcării sale. Un exemplu este o lovitură de la o armă și recul rezultat. Din fericire pentru noi (dar din păcate pentru „planul nostru de a deplasa orbita Pământului”), acest efect este aproape invizibil pentru planetă.

În acest moment, cea mai performantă rachetă din lume este American Falcon Heavy de la SpaceX. Dar vom avea nevoie de aproximativ 300 de chintilioane de lansări ale acestor purtători la sarcină maximă pentru a folosi metoda descrisă mai sus pentru a muta orbita Pământului pe Marte. În plus, masa materialelor necesare pentru a crea toate aceste rachete va fi echivalentă cu 85 la sută din masa planetei în sine.

Utilizarea motoarelor electrice, în special a celor ionice, care eliberează un flux de particule încărcate, datorită căruia are loc accelerația, va fi o modalitate mai eficientă de a conferi accelerație masei. Și dacă instalăm mai multe astfel de motoare pe o parte a planetei noastre, bătrâna noastră Pământeană poate merge într-adevăr într-o călătorie prin sistemul solar.

Adevărat, în acest caz vor fi necesare motoare de dimensiuni cu adevărat gigantice. Acestea vor trebui instalate la o altitudine de aproximativ 1000 de kilometri deasupra nivelului mării, în afara atmosferei terestre, dar în același timp fixate în siguranță de suprafața planetei, astfel încât să i se transmită o forță de împingere. În plus, chiar și cu un fascicul de ioni ejectat la 40 de kilometri pe secundă în direcția dorită, mai trebuie să ejectăm echivalentul a 13% din masa Pământului ca particule de ioni pentru a muta restul de 87% din masa planetei.

Velă uşoară

Deoarece lumina poartă impuls, dar nu are masă, putem folosi și un fascicul de lumină foarte puternic, continuu și focalizat, cum ar fi un laser, pentru a deplasa planeta. În acest caz, se va putea folosi energia Soarelui însuși, fără a folosi în niciun fel masa Pământului însuși. Dar chiar și cu un sistem laser incredibil de puternic de 100 de gigawați, care este planificat să fie utilizat în proiectul peakthrough Starshot, în care oamenii de știință doresc să trimită o mică sondă spațială la cea mai apropiată stea de sistemul nostru folosind un fascicul laser, vom avea nevoie de trei milioane de ani de puls laser continuu pentru a ne îndeplini obiectivul de inversare a orbitei.

Lumina soarelui poate fi reflectată direct de o velă solară gigantică care va fi în spațiu, dar ancorată pe Pământ. Ca parte a cercetărilor anterioare, oamenii de știință au descoperit că acest lucru ar necesita un disc reflectorizant de 19 ori diametrul planetei noastre. Dar în acest caz, pentru a obține rezultatul, va trebui să așteptați aproximativ un miliard de ani.

Biliard interplanetar

O altă opțiune posibilă pentru îndepărtarea Pământului de pe orbita sa actuală este metoda binecunoscută de a schimba impuls între două corpuri care se rotesc pentru a le schimba accelerația. Această tehnică este cunoscută și sub numele de asistență gravitațională. Această metodă este adesea folosită în misiunile de cercetare interplanetară. De exemplu, sonda spațială Rosetta care a vizitat cometa 67P în 2014-2016, ca parte a călătoriei sale de zece ani către obiectul de studiu, a folosit asistența gravitațională în jurul Pământului de două ori, în 2005 și în 2007.

Drept urmare, câmpul gravitațional al Pământului a conferit de fiecare dată o accelerație crescută Rosettei, ceea ce ar fi fost imposibil de realizat cu utilizarea doar a motoarelor aparatului în sine. Pământul a primit, de asemenea, un impuls de accelerație opus și egal în cadrul acestor manevre gravitaționale, cu toate acestea, desigur, acest lucru nu a avut niciun efect măsurabil datorită masei planetei în sine.

Dar dacă folosești același principiu, dar cu ceva mai masiv decât o navă spațială? De exemplu, aceiași asteroizi își pot schimba cu siguranță traiectoria sub influența gravitației Pământului. Da, o influență reciprocă o singură dată asupra orbitei Pământului va fi nesemnificativă, dar această acțiune poate fi repetată de multe ori pentru a schimba în cele din urmă poziția orbitei planetei noastre.

Anumite regiuni ale sistemului nostru solar sunt destul de dens „echipate” cu multe corpuri cerești mici, precum asteroizii și cometele, a căror masă este suficient de mică pentru a le apropia de planeta noastră folosind tehnologii adecvate și destul de realiste în ceea ce privește dezvoltarea.

Cu un calcul foarte atent al traiectoriei, este foarte posibil să se folosească așa-numita metodă „delta-v-displacement”, atunci când un corp mic poate fi deplasat de pe orbita sa ca urmare a unei apropieri de Pământ, care va oferi un impuls mult mai mare planetei noastre. Toate acestea, desigur, sună foarte bine, dar au fost efectuate studii anterioare care au stabilit că în acest caz am avea nevoie de un milion de astfel de pasaje apropiate de asteroizi și fiecare dintre ele trebuie să aibă loc în intervalul de câteva mii de ani, altfel vom fi târziu în acel moment, când Soarele se extinde atât de mult încât viața pe Pământ devine imposibilă.

concluzii

Dintre toate opțiunile descrise astăzi, utilizarea mai multor asteroizi pentru asistența gravitațională pare a fi cea mai realistă. Cu toate acestea, în viitor, utilizarea luminii poate deveni o alternativă mai potrivită, desigur, dacă învățăm cum să creăm structuri cosmice gigantice sau sisteme laser super-puternice. În orice caz, aceste tehnologii pot fi utile și pentru viitoarea noastră explorare spațială.

Și totuși, în ciuda posibilității teoretice și a probabilității de fezabilitate practică în viitor, pentru noi, poate cea mai potrivită opțiune pentru salvare ar fi relocarea pe o altă planetă, de exemplu, același Marte, care poate supraviețui morții Soarelui nostru. La urma urmei, omenirea a privit-o de mult timp ca pe o potențială a doua casă pentru civilizația noastră. Și dacă luați în considerare și cât de dificil va fi să implementați ideea unei deplasări a orbitei Pământului, colonizarea lui Marte și posibilitatea de a-l terraforma pentru a da planetei un aspect mai locuibil ar putea să nu pară o sarcină atât de dificilă.