Kaj bo z Zemljo po orbitalnem premiku? Inženirski pogled

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

V kitajskem znanstvenofantastičnem filmu Wandering Earth, ki ga je izdal Netflix, človeštvo skuša z ogromnimi motorji, nameščenimi po planetu, spremeniti Zemljino orbito, da bi se izognili uničenju umirajočega in razširjajočega se Sonca ter preprečili trk z Jupitrom… Tak scenarij kozmične apokalipse se lahko nekega dne dejansko zgodi. Čez približno 5 milijard let bo našemu soncu zmanjkalo goriva za termonuklearno reakcijo, razširilo se bo in najverjetneje pogoltnilo naš planet. Seveda bomo še prej vsi umrli zaradi globalnega dviga temperature, a sprememba Zemljine orbite je lahko res nujna rešitev, da se izognemo katastrofi, vsaj v teoriji.

Toda kako se človeštvo lahko spopade s tako izjemno zapleteno inženirsko nalogo? Inženir vesoljskih sistemov Matteo Ceriotti z univerze v Glasgowu je na straneh The Conversetion delil več možnih scenarijev.

Recimo, da je naša naloga premakniti Zemljino orbito in jo odmakniti od Sonca za približno polovico razdalje od njene trenutne lokacije, tja, kjer je zdaj Mars. Vodilne vesoljske agencije po vsem svetu že dolgo razmišljajo in celo delajo na ideji o izpodrivanju majhnih nebesnih teles (asteroidov) iz svojih orbit, kar bo v prihodnosti pomagalo zaščititi Zemljo pred zunanjimi vplivi. Nekatere možnosti ponujajo zelo uničujočo rešitev: jedrska eksplozija v bližini ali na asteroidu; uporaba "kinetičnega udarca", katerega vlogo lahko na primer igra vesoljsko plovilo, katerega cilj je trčenje s predmetom z veliko hitrostjo, da spremeni svojo pot. A kar zadeva Zemljo, te možnosti zaradi njihove uničujoče narave zagotovo ne bodo delovale.

V okviru drugih pristopov se predlaga umik asteroidov iz nevarne poti z uporabo vesoljskih plovil, ki bodo delovala kot vlačilci, ali s pomočjo večjih vesoljskih ladij, ki bodo zaradi svoje gravitacije nevarni objekt umaknile z Zemlje. Spet to ne bo delovalo z Zemljo, saj bo masa predmetov popolnoma neprimerljiva.

Električni motorji

Verjetno se bosta videla, a Zemljo že dolgo izrivamo iz orbite. Vsakič, ko druga sonda zapusti naš planet, da bi preučevala druge svetove sončnega sistema, raketa nosilka, ki jo nosi, ustvari majhen (seveda v planetarnem merilu) impulz in deluje na Zemljo ter jo potisne v smer, nasprotno njenemu gibanju. Primer je strel iz orožja in posledično odboj. Na našo srečo (vendar na žalost našega "načrta za izpodrivanje Zemljine orbite") je ta učinek planetu skoraj neviden.

Trenutno je najbolj zmogljiva raketa na svetu ameriška raketa Falcon Heavy iz podjetja SpaceX. Potrebovali pa bomo približno 300 kvintilijonov izstrelitev teh nosilcev pri polni obremenitvi, da bi uporabili zgoraj opisano metodo za premikanje Zemljine orbite na Mars. Poleg tega bo masa materialov, potrebnih za ustvarjanje vseh teh raket, enaka 85 odstotkom mase planeta samega.

Uporaba elektromotorjev, zlasti ionskih, ki sproščajo tok nabitih delcev, zaradi katerih nastane pospešek, bo učinkovitejši način za posredovanje pospeška masi. In če na eno stran našega planeta namestimo več takšnih motorjev, se lahko naša stara Zemljanka res odpravi na potovanje po sončnem sistemu.

Res je, v tem primeru bodo potrebni motorji resnično velikanskih dimenzij. Namestiti jih bo treba na višini okoli 1000 kilometrov nad morsko gladino, zunaj zemeljske atmosfere, a hkrati varno pritrjeni na površje planeta, da se lahko nanj prenese potisna sila. Poleg tega moramo tudi z ionskim žarkom, izvrženim s hitrostjo 40 kilometrov na sekundo v želeni smeri, še vedno izstreliti ekvivalent 13 odstotkov Zemljine mase kot ionske delce, da premaknemo preostalih 87 odstotkov mase planeta.

Lahko jadro

Ker svetloba nosi zagon, vendar nima mase, lahko uporabimo tudi zelo močan neprekinjen in usmerjen svetlobni žarek, kot je laser, da premaknemo planet. V tem primeru bo mogoče uporabiti energijo samega Sonca, ne da bi na noben način uporabili maso same Zemlje. Toda tudi z neverjetno zmogljivim 100-gigavatnim laserskim sistemom, ki naj bi ga uporabili v vrhunskem projektu Starshot, v katerem želijo znanstveniki z laserskim žarkom poslati majhno vesoljsko sondo do najbližje zvezde našemu sistemu, bomo potrebovali tri kvintilijon let neprekinjenega laserskega impulza, da bi dosegli naš cilj preobrata orbite.

Sončna svetloba se lahko odbije neposredno od velikanskega sončnega jadra, ki bo v vesolju, a zasidrano na Zemljo. Kot del preteklih raziskav so znanstveniki ugotovili, da bi za to potreboval odsevni disk, ki je 19-krat večji od premera našega planeta. Toda v tem primeru boste morali za dosego rezultata počakati približno eno milijardo let.

Medplanetarni biljard

Druga možna možnost za odstranitev Zemlje iz trenutne orbite je dobro znana metoda izmenjave zagona med dvema vrtečima se telesoma, da se spremeni njihov pospešek. Ta tehnika je znana tudi kot pomoč pri gravitaciji. Ta metoda se pogosto uporablja v medplanetarnih raziskovalnih misijah. Na primer, vesoljsko plovilo Rosetta, ki je obiskalo komet 67P v letih 2014–2016 v okviru svoje desetletne poti do predmeta študija, je dvakrat uporabilo gravitacijsko pomoč okoli Zemlje, leta 2005 in leta 2007.

Posledično je zemeljsko gravitacijsko polje Rosetti vsakič dajalo povečan pospešek, kar bi bilo nemogoče doseči z uporabo samo motorjev samega aparata. Tudi Zemlja je v okviru teh gravitacijskih manevrov prejela nasproten in enak pospeševalni zagon, vendar to zaradi mase samega planeta ni imelo merljivega učinka.

Kaj pa, če uporabite isti princip, vendar z nečim bolj masivnim kot vesoljsko plovilo? Na primer, isti asteroidi lahko pod vplivom zemeljske gravitacije zagotovo spremenijo svojo pot. Da, enkraten medsebojni vpliv na Zemljino orbito bo nepomemben, vendar se to dejanje lahko večkrat ponovi, da se na koncu spremeni položaj orbite našega planeta.

Določena področja našega osončja so precej gosto »opremljena« s številnimi majhnimi nebesnimi telesi, kot so asteroidi in kometi, katerih masa je dovolj majhna, da jih z ustreznimi in razvojno dokaj realnimi tehnologijami približa našemu planetu.

Z zelo natančnim izračunom trajektorije je povsem mogoče uporabiti tako imenovano metodo "delta-v-displacement", ko se lahko majhno telo premakne iz svoje orbite zaradi bližine Zemlje, ki bo zagotovil veliko večji zagon našemu planetu. Vse to se seveda sliši zelo kul, vendar so bile izvedene prejšnje študije, ki so pokazale, da bi v tem primeru potrebovali milijon tako tesnih asteroidnih prehodov in vsak od njih se mora zgoditi v intervalu nekaj tisoč let, sicer bomo pozno v tistem času, ko se Sonce tako razširi, da življenje na Zemlji postane nemogoče.

sklepi

Od vseh danes opisanih možnosti se zdi uporaba več asteroidov za pomoč pri gravitaciji najbolj realistična. Vendar pa lahko v prihodnosti uporaba svetlobe postane primernejša alternativa, seveda, če se naučimo ustvarjati velikanske kozmične strukture ali super zmogljive laserske sisteme. Vsekakor pa so te tehnologije lahko uporabne tudi za naše prihodnje raziskovanje vesolja.

In vendar, kljub teoretični možnosti in verjetnosti praktične izvedljivosti v prihodnosti, bi bila za nas morda najprimernejša možnost za rešitev preselitev na drug planet, na primer isti Mars, ki lahko preživi smrt našega Sonca. Navsezadnje človeštvo nanjo že dolgo gleda kot na potencialni drugi dom naše civilizacije. In če razmislite tudi o tem, kako težko bo uresničiti idejo o premiku Zemljine orbite, se kolonizacija Marsa in možnost teraformiranja, da bi planetu dali bolj bivalni videz, morda ne zdijo tako težka naloga.