Vad kommer att hända med jorden efter omloppsförskjutningen? Ingenjörs syn

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

I den kinesiska science fiction-filmen Wandering Earth, släppt av Netflix, försöker mänskligheten, med hjälp av enorma motorer installerade runt planeten, ändra jordens omloppsbana för att undvika dess förstörelse av den döende och expanderande solen, samt för att förhindra en kollision med Jupiter… Ett sådant scenario av en kosmisk apokalyps kan en dag faktiskt inträffa. Om cirka 5 miljarder år kommer vår sol att få slut på bränsle för en termonukleär reaktion, den kommer att expandera och, med största sannolikhet, svälja vår planet. Naturligtvis kommer vi alla att dö ännu tidigare av en global temperaturökning, men att ändra jordens omloppsbana kan verkligen vara en nödvändig lösning för att undvika en katastrof, åtminstone i teorin.

Men hur kan mänskligheten klara av en så extremt komplex ingenjörsuppgift? Rymdsystemingenjör Matteo Ceriotti från University of Glasgow delade med sig av flera möjliga scenarier på sidorna av The Conversetion.

Anta att vår uppgift är att förskjuta jordens bana, flytta den bort från solen ungefär halva avståndet från dess nuvarande plats, till ungefär där Mars är nu. Ledande rymdorganisationer runt om i världen har länge övervägt och till och med arbetat på idén att förskjuta små himlakroppar (asteroider) från sina banor, vilket i framtiden kommer att hjälpa till att skydda jorden från yttre påverkan. Vissa alternativ erbjuder en mycket destruktiv lösning: en kärnvapenexplosion nära eller på asteroiden; användningen av en "kinetic impactor", vars roll till exempel kan spelas av en rymdfarkost som syftar till att kollidera med ett föremål i hög hastighet för att ändra dess bana. Men när det gäller jorden kommer dessa alternativ verkligen inte att fungera på grund av deras destruktiva natur.

Inom ramen för andra tillvägagångssätt föreslås att man drar tillbaka asteroider från en farlig bana med hjälp av rymdfarkoster, som kommer att fungera som bogserbåtar, eller med hjälp av större rymdskepp, som på grund av sin gravitation kommer att dra tillbaka det farliga föremålet från jorden. Återigen kommer detta inte att fungera med jorden, eftersom massan av föremål kommer att vara helt ojämförlig.

Elektriska motorer

Ni kommer förmodligen att ses, men vi har förskjutit jorden från vår omloppsbana under en lång tid. Varje gång en annan sond lämnar vår planet för att studera andra världar i solsystemet, skapar bärraketen som bär den en liten (i planetarisk skala, naturligtvis) impuls och verkar på jorden och trycker den i motsatt riktning mot dess rörelse. Ett exempel är ett skott från ett vapen och den resulterande rekylen. Lyckligtvis för oss (men tyvärr för vår "plan att förskjuta jordens omloppsbana") är denna effekt nästan osynlig för planeten.

För tillfället är den mest högpresterande raketen i världen amerikanska Falcon Heavy från SpaceX. Men vi kommer att behöva cirka 300 kvintiljoner uppskjutningar av dessa bärare vid full last för att använda metoden som beskrivs ovan för att flytta jordens omloppsbana till Mars. Dessutom kommer massan av material som krävs för att skapa alla dessa raketer att motsvara 85 procent av själva planetens massa.

Användningen av elektriska motorer, särskilt joniska, som frigör en ström av laddade partiklar, på grund av vilken acceleration uppstår, kommer att vara ett mer effektivt sätt att ge acceleration till massan. Och om vi installerar flera sådana motorer på ena sidan av vår planet kan vår gamla jordkvinna verkligen åka på en resa genom solsystemet.

Det är sant att i det här fallet kommer det att krävas motorer av verkligt gigantiska dimensioner. De kommer att behöva installeras på en höjd av cirka 1000 kilometer över havet, utanför jordens atmosfär, men samtidigt säkert fästa vid planetens yta så att en tryckkraft kan överföras till den. Dessutom, även med en jonstråle som kastas ut med 40 kilometer per sekund i önskad riktning, behöver vi fortfarande skjuta ut motsvarande 13 procent av jordens massa som jonpartiklar för att flytta de återstående 87 procenten av planetens massa.

Lätt segel

Eftersom ljus bär fart men inte har någon massa, kan vi också använda en mycket kraftfull kontinuerlig och fokuserad ljusstråle, till exempel en laser, för att förskjuta planeten. I det här fallet kommer det att vara möjligt att använda själva solens energi, utan att på något sätt använda jordens massa. Men även med ett otroligt kraftfullt 100-gigawatt lasersystem, som är planerat att användas i peakthrough Starshot-projektet, där forskare vill skicka en liten rymdsond till närmaste stjärna till vårt system med hjälp av en laserstråle, kommer vi att behöva tre kvintiljoner år av kontinuerlig laserpuls för att möta vårt mål för att vända omloppsbanan.

Solljus kan reflekteras direkt från ett gigantiskt solsegel som kommer att vara i rymden men förankrat till jorden. Som en del av tidigare forskning har forskare funnit att detta skulle kräva en reflekterande skiva 19 gånger diametern på vår planet. Men i det här fallet, för att uppnå resultatet, måste du vänta ungefär en miljard år.

Interplanetarisk biljard

Ett annat möjligt alternativ för att ta bort jorden från dess nuvarande omloppsbana är den välkända metoden att byta momentum mellan två roterande kroppar för att ändra deras acceleration. Denna teknik är också känd som gravity assist. Denna metod används ofta i interplanetära forskningsuppdrag. Till exempel använde rymdfarkosten Rosetta som besökte kometen 67P 2014-2016, som en del av sin tioåriga resa till studieobjektet, gravitationshjälp runt jorden två gånger, 2005 och 2007.

Som ett resultat gav jordens gravitationsfält varje gång en ökad acceleration till Rosetta, vilket skulle ha varit omöjligt att uppnå med användning av endast själva apparatens motorer. Jorden fick också ett motsatt och lika accelerationsmomentum inom ramen för dessa gravitationsmanövrar, dock hade detta naturligtvis ingen mätbar effekt på grund av själva planetens massa.

Men vad händer om du använder samma princip, men med något mer massivt än en rymdfarkost? Till exempel kan samma asteroider säkert ändra sina banor under påverkan av jordens gravitation. Ja, en engångs ömsesidig påverkan på jordens omloppsbana kommer att vara obetydlig, men denna åtgärd kan upprepas många gånger för att i slutändan ändra positionen för vår planets omloppsbana.

Vissa områden i vårt solsystem är ganska tätt "utrustade" med många små himlakroppar, såsom asteroider och kometer, vars massa är tillräckligt liten för att dra dem närmare vår planet med hjälp av lämpliga och ganska realistiska teknologier när det gäller utveckling.

Med en mycket noggrann beräkning av banan är det fullt möjligt att använda den så kallade "delta-v-displacement"-metoden, när en liten kropp kan förskjutas från sin omloppsbana som ett resultat av ett nära intill jorden, vilket kommer att ge en mycket större fart till vår planet. Allt detta låter naturligtvis väldigt coolt, men tidigare studier genomfördes som fastställde att vi i det här fallet skulle behöva en miljon så nära asteroidpassager, och var och en av dem måste inträffa inom flera tusen års intervall, annars kommer vi att vara sent vid den tidpunkten när solen expanderar så mycket att livet på jorden blir omöjligt.

Slutsatser

Av alla alternativ som beskrivs idag verkar det mest realistiskt att använda flera asteroider för gravitationshjälp. Men i framtiden kan användningen av ljus naturligtvis bli ett lämpligare alternativ om vi lär oss hur man skapar gigantiska kosmiska strukturer eller superkraftiga lasersystem. I vilket fall som helst kan dessa tekniker också vara användbara för vår framtida rymdutforskning.

Och ändå, trots den teoretiska möjligheten och sannolikheten för praktisk genomförbarhet i framtiden, för oss, skulle det kanske mest lämpliga alternativet för frälsning vara vidarebosättning till en annan planet, till exempel samma Mars, som kan överleva vår sols död. När allt kommer omkring har mänskligheten länge sett på det som ett potentiellt andra hem för vår civilisation. Och om du också tänker på hur svårt det kommer att vara att genomföra idén om en förskjutning av jordens omloppsbana, kan kolonisering av Mars och möjligheten att terraforma den för att ge planeten ett mer beboeligt utseende inte verka som en så svår uppgift.