W nowym chińskim filmie science fiction Wandering Earth, niedawno wydanym przez Netflix, ludzkość, korzystając z ogromnych silników zainstalowanych wokół planety, próbuje zmienić orbitę Ziemi, aby uniknąć jej zniszczenia przez umierające i rozszerzające się Słońce, a także zapobiec kolizji. z Jowiszem. Taki scenariusz kosmicznej apokalipsy może się kiedyś wydarzyć. Za około 5 miliardów lat naszemu Słońcu zabraknie paliwa do reakcji termojądrowej, rozszerzy się i najprawdopodobniej pochłonie naszą planetę. Oczywiście nawet wcześniej wszyscy umrzemy z powodu globalnego wzrostu temperatury, ale zmiana orbity Ziemi może rzeczywiście być właściwym rozwiązaniem, aby uniknąć katastrofy, przynajmniej w teorii.
Ale jak ludzkość może poradzić sobie z tak niezwykle złożonym zadaniem inżynieryjnym? Inżynier systemów kosmicznych Matteo Ceriotti z University of Glasgow podzielił się kilkoma możliwymi scenariuszami na stronach The Conversetion.
Załóżmy, że naszym zadaniem jest przesunięcie orbity Ziemi, odsunięcie jej od Słońca o około połowę odległości od jej obecnego położenia, mniej więcej do miejsca, w którym obecnie znajduje się Mars. Wiodące agencje kosmiczne na całym świecie od dawna rozważają, a nawet pracują nad pomysłem przemieszczenia małych ciał niebieskich (asteroid) z ich orbit, co w przyszłości pomoże chronić Ziemię przed wpływami zewnętrznymi. Niektóre opcje oferują bardzo destrukcyjne rozwiązanie: eksplozja jądrowa w pobliżu asteroidy lub na jej powierzchni; zastosowanie „impaktora kinetycznego”, którego rolę może na przykład odgrywać statek kosmiczny, który zderzy się z obiektem z dużą prędkością w celu zmiany jego trajektorii. Ale jeśli chodzi o Ziemię, te opcje z pewnością nie zadziałają ze względu na ich destrukcyjny charakter.
W ramach innych podejść proponuje się wycofanie asteroid z niebezpiecznej trajektorii za pomocą statku kosmicznego, który będzie pełnił rolę holownika, lub przy pomocy większych statków kosmicznych, które ze względu na swoją grawitację wycofają niebezpieczny obiekt z Ziemi. Znowu to nie zadziała z Ziemią, ponieważ masa obiektów będzie całkowicie nieporównywalna.
Silniki elektryczne
Zapewne się zobaczycie, ale już od dawna wypieramy Ziemię z naszej orbity. Za każdym razem, gdy inna sonda opuszcza naszą planetę, aby zbadać inne światy Układu Słonecznego, jej rakieta nośna wytwarza niewielki (oczywiście w skali planetarnej) impuls i działa na Ziemię, popychając ją w kierunku przeciwnym do jej ruchu. Przykładem jest strzał z broni i wynikający z niego odrzut. Na szczęście dla nas (ale niestety dla naszego "planu przesunięcia orbity Ziemi") efekt ten jest prawie niewidoczny dla planety.
Film promocyjny:
W tej chwili najbardziej wydajną rakietą na świecie jest amerykański Falcon Heavy ze SpaceX. Ale będziemy potrzebować około 300 trylionów startów tych nośników przy pełnym obciążeniu, aby zastosować metodę opisaną powyżej, aby przesunąć orbitę Ziemi na Marsa. Co więcej, masa materiałów potrzebnych do stworzenia wszystkich tych rakiet będzie odpowiadać 85 procentom masy samej planety.
Skuteczniejszym sposobem nadania przyspieszenia masie będzie zastosowanie silników elektrycznych, zwłaszcza jonowych, które uwalniają strumień naładowanych cząstek, dzięki czemu następuje przyspieszenie. A jeśli zainstalujemy kilka takich silników po jednej stronie naszej planety, nasza stara Ziemianka może naprawdę wyruszyć w podróż po Układzie Słonecznym.
To prawda, że w tym przypadku wymagane będą silniki o naprawdę gigantycznych wymiarach. Będą musiały być zainstalowane na wysokości około 1000 kilometrów nad poziomem morza, poza atmosferą ziemską, ale jednocześnie bezpiecznie przymocowane do powierzchni planety, aby można było przenieść na nią siłę pchającą. Ponadto, nawet przy wyrzucaniu wiązki jonów z prędkością 40 kilometrów na sekundę w pożądanym kierunku, nadal musimy wyrzucić równowartość 13 procent masy Ziemi w postaci cząstek jonowych, aby przenieść pozostałe 87 procent masy planety.
Lekki żagiel
Ponieważ światło niesie pęd, ale nie ma masy, możemy również użyć bardzo silnej ciągłej i skupionej wiązki światła, takiej jak laser, do przemieszczenia planety. W takim przypadku możliwe będzie wykorzystanie energii samego Słońca, bez wykorzystywania w jakikolwiek sposób masy samej Ziemi. Ale nawet z niewiarygodnie potężnym 100-gigawatowym systemem laserowym, który ma zostać użyty w projekcie Breakthrough Starshot, w którym naukowcy chcą wysłać małą sondę kosmiczną do najbliższej gwiazdy do naszego układu za pomocą wiązki laserowej, będziemy potrzebować trzech bilionów lat ciągłego impulsu laserowego, aby aby osiągnąć nasz cel zmiany orbity.
Światło słoneczne może odbijać się bezpośrednio od gigantycznego żagla słonecznego, który będzie w kosmosie, ale zakotwiczony na Ziemi. W ramach wcześniejszych badań naukowcy odkryli, że wymagałoby to odblaskowego dysku 19 razy większego od średnicy naszej planety. Ale w tym przypadku, aby osiągnąć wynik, będziesz musiał poczekać około miliarda lat.
Bilard międzyplanetarny
Inną możliwą opcją usunięcia Ziemi z jej aktualnej orbity jest dobrze znana metoda wymiany pędu między dwoma obracającymi się ciałami w celu zmiany ich przyspieszenia. Ta technika jest również znana jako wspomaganie grawitacji. Ta metoda jest dość często stosowana w międzyplanetarnych misjach badawczych. Na przykład sonda Rosetta, która odwiedziła kometę 67P w latach 2014-2016, w ramach swojej dziesięcioletniej podróży do obiektu badań, dwukrotnie, w 2005 i 2007 roku, użyła pomocy grawitacyjnej wokół Ziemi.
W rezultacie ziemskie pole grawitacyjne każdorazowo nadawało Rosetcie zwiększone przyspieszenie, którego osiągnięcie byłoby niemożliwe przy użyciu samych silników samego aparatu. Ziemia otrzymała również przeciwny i równy pęd przyspieszenia w ramach tych manewrów grawitacyjnych, jednak oczywiście nie miało to żadnego mierzalnego efektu ze względu na masę samej planety.
A jeśli użyjemy tej samej zasady, ale z czymś bardziej masywnym niż statek kosmiczny? Na przykład te same asteroidy z pewnością mogą zmieniać swoje trajektorie pod wpływem grawitacji Ziemi. Tak, jednorazowy wzajemny wpływ na orbitę Ziemi będzie nieistotny, ale czynność tę można powtarzać wielokrotnie, aby ostatecznie zmienić pozycję orbity naszej planety.
Pewne regiony naszego Układu Słonecznego są dość gęsto „wyposażone” w wiele małych ciał niebieskich, takich jak asteroidy i komety, których masa jest na tyle mała, że przy użyciu odpowiednich i całkiem realistycznych pod względem rozwoju technologii zbliżają się do naszej planety.
Przy bardzo dokładnym obliczeniu trajektorii całkiem możliwe jest zastosowanie tak zwanej metody "przemieszczenia delta-v", kiedy małe ciało może zostać przemieszczone ze swojej orbity w wyniku bliskiego zbliżenia się do Ziemi, co zapewni naszej planecie znacznie większy pęd. Wszystko to oczywiście brzmi bardzo fajnie, ale przeprowadzono wcześniejsze badania, z których wynikało, że w tym przypadku potrzebowalibyśmy miliona takich bliskich przejść asteroid, a każde z nich musi nastąpić w odstępie kilku tysięcy lat, bo inaczej się spóźnimy kiedy Słońce rozszerzy się tak bardzo, że życie na Ziemi stanie się niemożliwe.
wnioski
Ze wszystkich opisanych dzisiaj opcji, użycie wielu asteroid do wspomagania grawitacji wydaje się najbardziej realistyczne. Jednak w przyszłości użycie światła może oczywiście stać się bardziej odpowiednią alternatywą, jeśli nauczymy się tworzyć gigantyczne struktury kosmiczne lub supermocne systemy laserowe. W każdym razie technologie te mogą być również przydatne w naszej przyszłej eksploracji kosmosu.
A jednak, pomimo teoretycznej możliwości i prawdopodobieństwa praktycznej wykonalności w przyszłości, dla nas być może najbardziej odpowiednią opcją zbawienia będzie przesiedlenie na inną planetę, na przykład na ten sam Mars, który może przetrwać śmierć naszego Słońca. Wszakże ludzkość od dawna postrzega ją jako potencjalny drugi dom dla naszej cywilizacji. A jeśli weźmiesz również pod uwagę, jak trudno będzie zrealizować pomysł przesunięcia orbity Ziemi, skolonizowania Marsa i możliwości jego terraformowania w celu nadania planecie bardziej nadającego się do zamieszkania wyglądu, może nie wydawać się takim trudnym zadaniem.
Nikolay Khizhnyak