Kas notiks ar Zemi pēc orbītas nobīdes? Inženiera skatījums

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Ķīniešu zinātniskās fantastikas filmā Wandering Earth, ko izlaida Netflix, cilvēce, izmantojot milzīgus dzinējus, kas uzstādīti ap planētu, mēģina mainīt Zemes orbītu, lai izvairītos no tās iznīcināšanas no mirstošās un izplešanās Saules puses, kā arī lai novērstu sadursmi ar Jupiteru… Šāds kosmiskās apokalipses scenārijs kādu dienu patiešām var notikt. Pēc aptuveni 5 miljardiem gadu mūsu saulei beigsies degviela termokodolreakcijai, tā paplašināsies un, visticamāk, aprīs mūsu planētu. Protams, pat agrāk mēs visi mirsim no globālās temperatūras paaugstināšanās, taču Zemes orbītas maiņa patiešām var būt nepieciešams risinājums, lai izvairītos no katastrofas, vismaz teorētiski.

Bet kā cilvēce var tikt galā ar tik ārkārtīgi sarežģītu inženiertehnisko uzdevumu? Kosmosa sistēmu inženieris Matteo Ceriotti no Glāzgovas universitātes dalījās ar vairākiem iespējamiem scenārijiem The Conversetion lapās.

Pieņemsim, ka mūsu uzdevums ir pārvietot Zemes orbītu, attālinot to no Saules apmēram pusi attāluma no tās pašreizējās atrašanās vietas uz aptuveni vietu, kur šobrīd atrodas Marss. Vadošās kosmosa aģentūras visā pasaulē jau sen ir apsvērušas un pat strādājušas pie idejas par mazu debess ķermeņu (asteroīdu) pārvietošanu no to orbītām, kas nākotnē palīdzēs aizsargāt Zemi no ārējām ietekmēm. Dažas iespējas piedāvā ļoti destruktīvu risinājumu: kodolsprādziens asteroīda tuvumā vai uz tā; "kinētiskā triecienelementa" izmantošana, kura lomu, piemēram, var pildīt kosmosa kuģis, kura mērķis ir lielā ātrumā sadurties ar objektu, lai mainītu tā trajektoriju. Bet, kas attiecas uz Zemi, šīs iespējas noteikti nedarbosies to destruktīvās dabas dēļ.

Citu pieeju ietvaros tiek piedāvāts izņemt asteroīdus no bīstamas trajektorijas, izmantojot kosmosa kuģus, kas darbosies kā velkoņi, vai ar lielāku kosmosa kuģu palīdzību, kas savas gravitācijas dēļ bīstamo objektu noņems no Zemes. Atkal, tas nedarbosies ar Zemi, jo objektu masa būs pilnīgi nesalīdzināma.

Elektromotori

Jūs, iespējams, redzēsit viens otru, bet mēs jau ilgu laiku esam izspieduši Zemi no savas orbītas. Katru reizi, kad mūsu planētu atstāj cita zonde, lai pētītu citas Saules sistēmas pasaules, nesējraķete, kas to nes, rada niecīgu (protams, planētas mērogā) impulsu un iedarbojas uz Zemi, virzot to virzienā, kas ir pretējs tās kustībai. Piemērs ir šāviens no ieroča un no tā izrietošais atsitiens. Par laimi mums (bet diemžēl mūsu "plānam pārvietot Zemes orbītu") šis efekts planētai ir gandrīz neredzams.

Šobrīd pasaulē jaudīgākā raķete ir amerikāņu Falcon Heavy no SpaceX. Taču mums būs nepieciešami aptuveni 300 kvintiljoni šo nesēju palaišanas ar pilnu slodzi, lai izmantotu iepriekš aprakstīto metodi Zemes orbītas pārvietošanai uz Marsu. Turklāt visu šo raķešu radīšanai nepieciešamo materiālu masa būs līdzvērtīga 85 procentiem no pašas planētas masas.

Elektromotoru, jo īpaši jonu, izmantošana, kas atbrīvo lādētu daļiņu plūsmu, kuras dēļ notiek paātrinājums, būs efektīvāks veids, kā masai piešķirt paātrinājumu. Un, ja mēs uzstādīsim vairākus šādus dzinējus vienā mūsu planētas pusē, mūsu vecā Zemes sieviete patiešām var doties ceļojumā pa Saules sistēmu.

Tiesa, šajā gadījumā būs nepieciešami patiesi gigantisku izmēru dzinēji. Tie būs jāuzstāda aptuveni 1000 kilometru augstumā virs jūras līmeņa, ārpus zemes atmosfēras, bet tajā pašā laikā droši jānostiprina pie planētas virsmas, lai uz to varētu pārnest stumšanas spēku. Turklāt, pat ja jonu stars tiek izmests ar 40 kilometriem sekundē vēlamajā virzienā, mums joprojām ir jāizmet 13 procenti no Zemes masas ekvivalenta jonu daļiņu veidā, lai pārvietotu atlikušos 87 procentus no planētas masas.

Viegla bura

Tā kā gaisma nes impulsu, bet tai nav masas, mēs varam izmantot arī ļoti spēcīgu nepārtrauktu un fokusētu gaismas staru, piemēram, lāzeru, lai pārvietotu planētu. Šajā gadījumā būs iespējams izmantot pašas Saules enerģiju, nekādā veidā neizmantojot pašas Zemes masu. Bet pat ar neticami jaudīgu 100 gigavatu lāzersistēmu, ko plānots izmantot Starshot projektā, kurā zinātnieki vēlas nosūtīt nelielu kosmosa zondi uz mūsu sistēmai tuvāko zvaigzni, izmantojot lāzera staru, mums būs nepieciešami trīs kvintiljoniem gadu nepārtraukta lāzera impulsa, lai sasniegtu mūsu orbītas maiņas mērķi.

Saules gaismu var atstarot tieši no milzīgas saules buras, kas atradīsies kosmosā, bet noenkurota pie Zemes. Iepriekšējo pētījumu ietvaros zinātnieki ir atklājuši, ka tam būtu nepieciešams atstarojošs disks, kas 19 reizes pārsniedz mūsu planētas diametru. Bet šajā gadījumā, lai sasniegtu rezultātu, jums būs jāgaida apmēram viens miljards gadu.

Starpplanētu biljards

Vēl viens iespējamais variants Zemes noņemšanai no tās pašreizējās orbītas ir labi zināmā metode impulsa apmaiņai starp diviem rotējošiem ķermeņiem, lai mainītu to paātrinājumu. Šo metodi sauc arī par gravitācijas palīdzību. Šo metodi bieži izmanto starpplanētu izpētes misijās. Piemēram, kosmosa kuģis Rosetta, kas 2014.–2016. gadā apmeklēja komētu 67P, desmit gadus ilgajā ceļojumā uz pētījuma objektu izmantoja gravitācijas palīdzību ap Zemi divas reizes – 2005. un 2007. gadā.

Tā rezultātā Zemes gravitācijas lauks katru reizi palielināja Rosetta paātrinājumu, ko nebūtu bijis iespējams sasniegt, izmantojot tikai paša aparāta dzinējus. Arī Zeme šo gravitācijas manevru ietvaros saņēma pretēju un vienādu paātrinājuma impulsu, taču, protams, tam nebija nekādas izmērāmas ietekmes pašas planētas masas dēļ.

Bet ko darīt, ja jūs izmantojat to pašu principu, bet ar kaut ko masīvāku par kosmosa kuģi? Piemēram, tie paši asteroīdi noteikti var mainīt savas trajektorijas Zemes gravitācijas ietekmē. Jā, vienreizēja savstarpēja ietekme uz Zemes orbītu būs nenozīmīga, taču šo darbību var atkārtot daudzas reizes, lai galu galā mainītu mūsu planētas orbītas stāvokli.

Atsevišķi mūsu Saules sistēmas reģioni ir diezgan blīvi "aprīkoti" ar daudziem maziem debess ķermeņiem, piemēram, asteroīdiem un komētām, kuru masa ir pietiekami maza, lai pievilktu tos tuvāk mūsu planētai, izmantojot atbilstošas un attīstības ziņā diezgan reālas tehnoloģijas.

Ļoti rūpīgi aprēķinot trajektoriju, ir pilnīgi iespējams izmantot tā saukto "delta-v-pārvietošanās" metodi, kad mazs ķermenis var tikt pārvietots no orbītas ciešas pietuvošanās rezultātā Zemei, kas sniegs mūsu planētai daudz lielāku impulsu. Tas viss, protams, izklausās ļoti forši, bet agrāk tika veikti pētījumi, kas noteica, ka šajā gadījumā mums būtu nepieciešams miljons šādu tuvu asteroīdu eju, un katrai no tām ir jānotiek vairāku tūkstošu gadu intervālā, pretējā gadījumā mēs būsim vēlu, kad Saule izplešas tik daudz, ka dzīve uz Zemes kļūst neiespējama.

secinājumus

No visām šodien aprakstītajām iespējām visreālākā šķiet vairāku asteroīdu izmantošana gravitācijas atbalstam. Taču nākotnē gaismas izmantošana var kļūt par piemērotāku alternatīvu, protams, ja iemācīsimies izveidot milzu kosmiskas struktūras vai superjaudīgas lāzersistēmas. Jebkurā gadījumā šīs tehnoloģijas var būt noderīgas arī mūsu nākotnes kosmosa izpētē.

Un tomēr, neskatoties uz teorētisko iespēju un praktiskās iespējamības iespējamību nākotnē, mums, iespējams, vispiemērotākais glābšanas variants būtu pārcelšanās uz citu planētu, piemēram, to pašu Marsu, kas var pārdzīvot mūsu Saules nāvi. Galu galā cilvēce jau sen ir uz to skatījusies kā uz potenciālu mūsu civilizācijas otro māju. Un, ja ņem vērā arī to, cik grūti būs īstenot ideju par Zemes orbītas pārvietošanu, Marsa kolonizēšana un iespēja to terraformēt, lai planētai piešķirtu apdzīvojamāku izskatu, iespējams, nešķiet tik grūts uzdevums.