Wat sal van die Aarde word na die wentelbaanverskuiwing? Ingenieur se siening

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

In die Chinese wetenskapfiksiefilm Wandering Earth, vrygestel deur Netflix, poog die mensdom, met behulp van groot enjins wat rondom die planeet geïnstalleer is, om die Aarde se wentelbaan te verander om die vernietiging daarvan deur die sterwende en uitdyende Son te vermy, asook om 'n botsing met Jupiter te voorkom… So 'n scenario van 'n kosmiese apokalips kan eendag werklik gebeur. Oor ongeveer 5 biljoen jaar sal ons son se brandstof vir 'n termonukleêre reaksie opraak, dit sal uitsit en heel waarskynlik ons planeet insluk. Natuurlik, selfs vroeër sal ons almal sterf van 'n globale styging in temperatuur, maar die verandering van die Aarde se wentelbaan kan inderdaad 'n noodsaaklike oplossing wees om 'n katastrofe te vermy, ten minste in teorie.

Maar hoe kan die mensdom so 'n uiters komplekse ingenieurstaak die hoof bied? Ruimtestelselingenieur Matteo Ceriotti van die Universiteit van Glasgow het verskeie moontlike scenario's op die bladsye van The Conversetion gedeel.

Gestel ons taak is om die Aarde se wentelbaan te verplaas, dit weg te beweeg van die Son ongeveer die helfte van die afstand vanaf sy huidige ligging, tot omtrent waar Mars nou is. Vooraanstaande ruimte-agentskappe regoor die wêreld het lank oorweeg en selfs gewerk aan die idee om klein hemelliggame (asteroïdes) uit hul wentelbane te verplaas, wat in die toekoms sal help om die Aarde teen eksterne impakte te beskerm. Sommige opsies bied 'n hoogs vernietigende oplossing: 'n kernontploffing naby of op die asteroïde; die gebruik van 'n "kinetiese impakor", waarvan die rol, byvoorbeeld, gespeel kan word deur 'n ruimtetuig wat daarop gemik is om teen 'n hoë spoed met 'n voorwerp te bots om sy baan te verander. Maar wat die Aarde betref, sal hierdie opsies beslis nie werk nie weens hul vernietigende aard.

In die raamwerk van ander benaderings word voorgestel om asteroïdes van 'n gevaarlike baan te onttrek met behulp van ruimtetuie, wat as sleepbote sal optree, of met die hulp van groter ruimteskepe, wat, as gevolg van hul swaartekrag, die gevaarlike voorwerp van die Aarde sal onttrek. Weereens, dit sal nie met die Aarde werk nie, aangesien die massa voorwerpe heeltemal onvergelykbaar sal wees.

Elektriese motors

Julle sal mekaar seker sien, maar ons het die Aarde al lank uit ons wentelbaan verplaas. Elke keer as 'n ander sonde ons planeet verlaat om ander wêrelde van die sonnestelsel te bestudeer, skep die draervuurpyl wat dit dra 'n klein (natuurlik op 'n planetêre skaal) impuls en werk dit op die Aarde en stoot dit in die rigting teenoor sy beweging. 'n Voorbeeld is 'n skoot van 'n wapen en die gevolglike terugslag. Gelukkig vir ons (maar ongelukkig vir ons "plan om die Aarde se wentelbaan te verplaas"), is hierdie effek amper onsigbaar vir die planeet.

Op die oomblik is die mees hoëprestasievuurpyl ter wêreld die Amerikaanse Falcon Heavy van SpaceX. Maar ons sal ongeveer 300 kwintiljoen lanserings van hierdie draers teen volle lading nodig hê om die metode hierbo beskryf te gebruik om die Aarde se wentelbaan na Mars te beweeg. Boonop sal die massa materiaal wat benodig word om al hierdie vuurpyle te skep gelykstaande wees aan 85 persent van die massa van die planeet self.

Die gebruik van elektriese motors, veral ioniese motors, wat 'n stroom gelaaide deeltjies vrystel, waardeur versnelling plaasvind, sal 'n meer effektiewe manier wees om versnelling aan die massa te gee. En as ons verskeie sulke enjins aan die een kant van ons planeet installeer, kan ons ou Aarde vrou regtig op 'n reis deur die sonnestelsel gaan.

True, in hierdie geval sal enjins van werklik reusagtige afmetings vereis word. Hulle sal op 'n hoogte van ongeveer 1000 kilometer bo seespieël, buite die aarde se atmosfeer, geïnstalleer moet word, maar terselfdertyd stewig aan die oppervlak van die planeet vasgemaak moet word sodat 'n stootkrag daarna oorgedra kan word. Daarbenewens, selfs met 'n ioonstraal wat teen 40 kilometer per sekonde in die verlangde rigting uitgewerp word, moet ons steeds die ekwivalent van 13 persent van die aarde se massa as ioondeeltjies uitstoot om die oorblywende 87 persent van die planeet se massa te beweeg.

Ligte seil

Aangesien lig momentum dra, maar geen massa het nie, kan ons ook 'n baie kragtige aaneenlopende en gefokusde ligstraal, soos 'n laser, gebruik om die planeet te verplaas. In hierdie geval sal dit moontlik wees om die energie van die Son self te gebruik, sonder om op enige manier die massa van die Aarde self te gebruik. Maar selfs met 'n ongelooflike kragtige 100-gigawatt laserstelsel, wat beplan word om gebruik te word in die peakthrough Starshot-projek, waarin wetenskaplikes 'n klein ruimtesonde na die naaste ster aan ons stelsel wil stuur met behulp van 'n laserstraal, sal ons drie nodig hê kwintiljoen jaar van aaneenlopende laserpuls om ons wentelbaan-omkeerdoelwit te bereik.

Sonlig kan direk van 'n reuse-sonseil af weerkaats word wat in die ruimte sal wees, maar aan die aarde geanker is. As deel van vorige navorsing, het wetenskaplikes gevind dat dit 'n reflektiewe skyf sal vereis wat 19 keer die deursnee van ons planeet is. Maar in hierdie geval, om die resultaat te bereik, sal jy ongeveer een miljard jaar moet wag.

Interplanetêre biljart

Nog’n moontlike opsie om die Aarde uit sy huidige wentelbaan te verwyder, is die bekende metode om momentum tussen twee roterende liggame uit te ruil om hul versnelling te verander. Hierdie tegniek staan ook bekend as swaartekraghulp. Hierdie metode word dikwels in interplanetêre navorsingsmissies gebruik. Byvoorbeeld, die Rosetta-ruimtetuig wat komeet 67P in 2014-2016 besoek het, as deel van sy tien jaar lange reis na die voorwerp van studie, het twee keer swaartekraghulp om die Aarde gebruik, in 2005 en in 2007.

Gevolglik het die Aarde se gravitasieveld elke keer 'n verhoogde versnelling aan die Rosetta verleen, wat onmoontlik sou gewees het om te bereik met die gebruik van slegs die enjins van die apparaat self. Die Aarde het ook 'n teenoorgestelde en gelyke versnellingsmomentum gekry binne die raamwerk van hierdie gravitasie-maneuvers, maar dit het natuurlik geen meetbare effek gehad nie as gevolg van die massa van die planeet self.

Maar wat as jy dieselfde beginsel gebruik, maar met iets meer massief as 'n ruimtetuig? Dieselfde asteroïdes kan byvoorbeeld sekerlik hul bane verander onder die invloed van die aarde se swaartekrag. Ja, 'n eenmalige wedersydse invloed op die Aarde se wentelbaan sal onbeduidend wees, maar hierdie aksie kan baie keer herhaal word om uiteindelik die posisie van die wentelbaan van ons planeet te verander.

Sekere streke van ons sonnestelsel is taamlik dig "toegerus" met baie klein hemelliggame, soos asteroïdes en komete, waarvan die massa klein genoeg is om hulle nader aan ons planeet te trek deur toepaslike en redelik realistiese tegnologieë in terme van ontwikkeling te gebruik.

Met 'n baie noukeurige berekening van die trajek is dit heel moontlik om die sogenaamde "delta-v-verplasing" metode te gebruik, wanneer 'n klein liggaam uit sy wentelbaan verplaas kan word as gevolg van 'n noue benadering tot die Aarde, wat sal 'n baie groter momentum aan ons planeet verskaf. Dit alles klink natuurlik baie cool, maar vroeëre studies is uitgevoer wat vasgestel het dat ons in hierdie geval 'n miljoen sulke nabye asteroïde-gange sal benodig, en elkeen van hulle moet in 'n interval van 'n paar duisend jaar voorkom, anders sal ons laat teen daardie tyd wanneer die son so uitbrei dat lewe op aarde onmoontlik word.

gevolgtrekkings

Van al die opsies wat vandag beskryf word, blyk die gebruik van veelvuldige asteroïdes vir swaartekraghulp die mees realistiese te wees. In die toekoms kan die gebruik van lig egter 'n meer geskikte alternatief word, natuurlik, as ons leer hoe om reuse-kosmiese strukture of superkragtige laserstelsels te skep. In elk geval kan hierdie tegnologieë ook nuttig wees vir ons toekomstige ruimteverkenning.

En tog, ten spyte van die teoretiese moontlikheid en die waarskynlikheid van praktiese uitvoerbaarheid in die toekoms, vir ons, is miskien die mees geskikte opsie vir redding hervestiging na 'n ander planeet, byvoorbeeld dieselfde Mars, wat die dood van ons Son kan oorleef. Die mensdom kyk immers lankal daarna as 'n potensiële tweede tuiste vir ons beskawing. En as jy ook oorweeg hoe moeilik dit sal wees om die idee van 'n verplasing van die Aarde se wentelbaan te implementeer, kan die kolonisering van Mars en die moontlikheid om dit te terraformeer om die planeet 'n meer bewoonbare voorkoms te gee, dalk nie na so 'n moeilike taak lyk nie.