Mi lesz a Földdel a pályaeltolódás után? Mérnök nézete

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

A Wandering Earth című kínai sci-fi filmben, amelyet a Netflix adott ki, az emberiség a bolygó körül elhelyezett hatalmas motorok segítségével megpróbálja megváltoztatni a Föld pályáját, hogy elkerülje a haldokló és táguló Nap általi elpusztítását, valamint megakadályozza a Jupiterrel való ütközést… A kozmikus apokalipszis ilyen forgatókönyve egy napon valóban megtörténhet. Körülbelül 5 milliárd év múlva napunknak kifogy az üzemanyaga egy termonukleáris reakcióhoz, kitágul, és nagy valószínűséggel elnyeli bolygónkat. Természetesen még korábban mindannyian meghalunk a globális hőmérséklet-emelkedés miatt, de a Föld pályájának megváltoztatása valóban szükséges megoldás lehet a katasztrófa elkerülésére, legalábbis elméletben.

De hogyan tud megbirkózni az emberiség egy ilyen rendkívül összetett mérnöki feladattal? Matteo Ceriotti, a Glasgow-i Egyetem űrrendszer-mérnöke több lehetséges forgatókönyvet osztott meg a The Conversiotion oldalain.

Tegyük fel, hogy az a feladatunk, hogy elmozdítsuk a Föld pályáját úgy, hogy a Naptól a jelenlegi helyétől körülbelül a fele távolságra távolítsuk el a Mars jelenlegi helyére. A világ vezető űrügynökségei már régóta fontolgatják, sőt dolgoznak azon az ötleten, hogy a kis égitesteket (aszteroidákat) kiszorítsák pályájukról, ami a jövőben segít megvédeni a Földet a külső hatásoktól. Néhány lehetőség rendkívül pusztító megoldást kínál: nukleáris robbanás az aszteroida közelében vagy azon; "kinetikus ütközésmérő" használata, amelynek szerepét például egy űrhajó is betöltheti, amelynek célja, hogy nagy sebességgel ütközzön egy tárggyal, hogy megváltoztassa annak röppályáját. De ami a Földet illeti, ezek a lehetőségek pusztító természetük miatt biztosan nem működnek.

Más megközelítések keretében azt javasolják, hogy a kisbolygókat vonják vissza a veszélyes pályáról űrjárművek segítségével, amelyek vontatóként működnek, vagy nagyobb űrhajók segítségével, amelyek gravitációjuk miatt vonják ki a veszélyes tárgyat a Földről. Ez megint nem fog működni a Földdel, mivel a tárgyak tömege teljesen összehasonlíthatatlan lesz.

Elektromos motorok

Valószínűleg látni fogjátok egymást, de mi már régóta kiszorítjuk a Földet a pályánkról. Valahányszor egy újabb szonda elhagyja bolygónkat, hogy a Naprendszer más világait tanulmányozza, az azt szállító rakéta apró (természetesen bolygóléptékű) impulzust hoz létre, és a Földre hat, a mozgásával ellentétes irányba tolva azt. Példa erre a fegyverből leadott lövés és az ebből eredő visszarúgás. Szerencsénkre (de sajnos "a Föld pályájának elmozdítására irányuló tervünkre") ez a hatás szinte láthatatlan a bolygó számára.

Jelenleg a világ legnagyobb teljesítményű rakétája az amerikai Falcon Heavy a SpaceX-től. De ezeknek a hordozóknak körülbelül 300 kvintimillió teljes terhelésű kilövésére lesz szükségünk ahhoz, hogy a fent leírt módszert alkalmazzuk a Föld pályájának a Marsra való mozgatására. Ráadásul a rakéták létrehozásához szükséges anyagok tömege a bolygó tömegének 85 százalékának felel meg.

Az elektromos motorok, különösen az ionos motorok használata, amelyek töltött részecskék áramlását bocsátják ki, amelyek miatt gyorsulás következik be, hatékonyabb módja a tömeg gyorsításának. És ha több ilyen motort telepítünk bolygónk egyik oldalára, akkor az öreg földi asszonyunk valóban útra kelhet a Naprendszerben.

Igaz, ebben az esetben valóban gigantikus méretű motorokra lesz szükség. Körülbelül 1000 kilométeres tengerszint feletti magasságban, a Föld légkörén kívülre kell őket telepíteni, ugyanakkor biztonságosan rögzíteni kell a bolygó felszínéhez, hogy a tolóerőt át lehessen vinni rá. Ráadásul még egy 40 kilométer/másodperc sebességgel a kívánt irányban kilökődő ionsugár esetén is a Föld tömegének 13 százalékának megfelelő ionrészecskéket kell kidobnunk ahhoz, hogy a bolygó tömegének fennmaradó 87 százalékát elmozdítsuk.

Könnyű vitorla

Mivel a fény hordoz lendületet, de nincs tömege, nagyon erős folytonos és fókuszált fénysugarat, például lézert is használhatunk a bolygó kiszorítására. Ebben az esetben magának a Napnak az energiáját is felhasználhatjuk anélkül, hogy a Föld tömegét bármilyen módon felhasználnánk. De még egy hihetetlenül erős, 100 gigawattos lézerrendszer mellett is, amelyet a csúcsteljesítményű Starshot projektben terveznek használni, amelyben a tudósok egy kis űrszondát akarnak küldeni egy lézersugár segítségével a rendszerünkhöz legközelebbi csillaghoz, háromra lesz szükségünk. kvintimillió év folyamatos lézerimpulzus, hogy elérjük pályafordítási célunkat.

A napfény közvetlenül visszaverődhet egy óriási napvitorlásról, amely az űrben lesz, de a Földhöz lesz rögzítve. Korábbi kutatások részeként a tudósok arra a megállapításra jutottak, hogy ehhez bolygónk átmérőjének 19-szeresével nagyobb fényvisszaverő korongra lenne szükség. De ebben az esetben az eredmény eléréséhez körülbelül egymilliárd évet kell várnia.

Bolygóközi biliárd

A Föld jelenlegi pályájáról való eltávolításának másik lehetséges módja az a jól ismert módszer, hogy két forgó test között lendületet cserélnek a gyorsulásuk megváltoztatására. Ezt a technikát gravitációs asszisztensnek is nevezik. Ezt a módszert gyakran használják bolygóközi kutatási küldetésekben. Például a Rosetta űrszonda, amely 2014-2016-ban meglátogatta a 67P üstököst, tízéves útja során a kutatási objektumhoz, kétszer használt gravitációs segédeszközt a Föld körül, 2005-ben és 2007-ben.

Ennek eredményeként a Föld gravitációs tere minden alkalommal megnövekedett gyorsulást adott a Rosettának, ami lehetetlen lett volna magának a készüléknek a motorjainak használatával. E gravitációs manőverek keretein belül a Föld is ellentétes és egyenlő gyorsulási lendületet kapott, ennek azonban magának a bolygónak a tömege miatt nem volt mérhető hatása.

De mi van, ha ugyanazt az elvet használod, de valami masszívabb, mint egy űrhajó? Például ugyanazok az aszteroidák bizonyosan megváltoztathatják pályájukat a Föld gravitációjának hatására. Igen, a Föld pályájára gyakorolt egyszeri kölcsönös befolyásolás jelentéktelen lesz, de ez a művelet sokszor megismételhető, hogy végül megváltozzon bolygónk pályájának helyzete.

Naprendszerünk bizonyos régiói meglehetősen sűrűn „fel vannak szerelve” sok kis égitesttel, például aszteroidákkal és üstökösökkel, amelyek tömege elég kicsi ahhoz, hogy megfelelő és a fejlődés szempontjából meglehetősen reális technológiák segítségével közelebb vonhassa őket bolygónkhoz.

A pálya nagyon körültekintő kiszámításával teljesen lehetséges az úgynevezett "delta-v-elmozdulás" módszer alkalmazása, amikor egy kis test elmozdulhat pályájáról a Föld közeli megközelítése következtében, amely sokkal nagyobb lendületet ad bolygónknak. Mindez persze nagyon klasszul hangzik, de korábban végeztek olyan tanulmányokat, amelyek megállapították, hogy ebben az esetben milliónyi ilyen közeli aszteroidaáthaladásra lenne szükségünk, és mindegyiknek több ezer éven belül kell bekövetkeznie, különben későn, amikor a Nap annyira kitágul, hogy lehetetlenné válik az élet a Földön.

következtetéseket

A ma leírt lehetőségek közül több aszteroida használata tűnik a legreálisabbnak a gravitációs segítséghez. A jövőben azonban alkalmasabb alternatívává válhat a fény alkalmazása, természetesen, ha megtanuljuk, hogyan lehet óriási kozmikus struktúrákat vagy szupererős lézerrendszereket létrehozni. Mindenesetre ezek a technológiák hasznosak lehetnek jövőbeli űrkutatásunk szempontjából is.

Pedig az elméleti lehetőség és a jövőbeni gyakorlati megvalósíthatóság ellenére számunkra talán a legmegfelelőbb megoldás az üdvösségre egy másik bolygóra, például ugyanarra a Marsra való áttelepítés lenne, amely túléli Napunk halálát. Végül is az emberiség régóta úgy tekint rá, mint civilizációnk lehetséges második otthonára. És ha azt is figyelembe vesszük, hogy milyen nehéz lesz megvalósítani a Föld pályájának elmozdulásának ötletét, akkor a Mars kolonizálása és annak terraformálásának lehetősége, hogy a bolygó lakhatóbb megjelenést adjon, nem tűnik olyan nehéz feladatnak.