Какво ще стане със Земята след орбиталното изместване? Поглед на инженера

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

В китайския научнофантастичен филм „Скитаща земя“, издаден от Netflix, човечеството, използвайки огромни двигатели, инсталирани около планетата, се опитва да промени орбитата на Земята, за да избегне унищожаването й от умиращото и разширяващо се Слънце, както и да предотврати сблъсък с Юпитер… Такъв сценарий на космически апокалипсис може един ден наистина да се случи. След около 5 милиарда години нашето слънце ще свърши без гориво за термоядрена реакция, ще се разшири и най-вероятно ще погълне нашата планета. Разбира се, още по-рано всички ще умрем от глобално повишаване на температурата, но промяната на земната орбита наистина може да бъде необходимо решение, за да се избегне катастрофа, поне на теория.

Но как човечеството може да се справи с такава изключително сложна инженерна задача? Инженерът по космически системи Матео Чериоти от университета в Глазгоу сподели няколко възможни сценария на страниците на The Conversetion.

Да предположим, че нашата задача е да изместим орбитата на Земята, отдалечавайки я от Слънцето на около половината разстояние от сегашното й местоположение, до мястото, където сега е Марс. Водещи космически агенции по света отдавна обмислят и дори работят върху идеята за изместване на малки небесни тела (астероиди) от техните орбити, което в бъдеще ще помогне за защитата на Земята от външни въздействия. Някои опции предлагат силно разрушително решение: ядрена експлозия близо до или върху астероида; използването на "кинетичен ударен елемент", ролята на който например може да играе космически кораб, насочен към сблъсък с обект с висока скорост, за да промени траекторията му. Но що се отнася до Земята, тези опции със сигурност няма да работят поради разрушителния им характер.

В рамките на други подходи се предлага изтегляне на астероиди от опасна траектория с помощта на космически кораби, които ще действат като влекачи, или с помощта на по-големи космически кораби, които поради своята гравитация ще изтеглят опасния обект от Земята. Отново, това няма да работи със Земята, тъй като масата на обектите ще бъде напълно несравнима.

Електрически двигатели

Сигурно ще се видите, но ние от доста време изместваме Земята от орбитата си. Всеки път, когато друга сонда напусне нашата планета, за да изследва други светове на Слънчевата система, ракетата носител, която я носи, създава малък (в планетарен мащаб, разбира се) импулс и действа върху Земята, като я тласка в посока, противоположна на нейното движение. Пример е изстрел от оръжие и полученият откат. За наше щастие (но за съжаление за нашия „план за изместване на орбитата на Земята“), този ефект е почти невидим за планетата.

В момента най-високопроизводителната ракета в света е американската Falcon Heavy от SpaceX. Но ще ни трябват около 300 квинтилиона изстрелвания на тези носители при пълно натоварване, за да използваме описания по-горе метод за преместване на орбитата на Земята към Марс. Освен това масата на материалите, необходими за създаването на всички тези ракети, ще бъде еквивалентна на 85 процента от масата на самата планета.

Използването на електрически двигатели, по-специално йонни, които отделят поток от заредени частици, поради което се получава ускорение, ще бъде по-ефективен начин за придаване на ускорение на масата. И ако монтираме няколко такива двигателя от едната страна на нашата планета, нашата стара земна жена наистина може да тръгне на пътешествие из Слънчевата система.

Вярно е, че в този случай ще са необходими двигатели с наистина гигантски размери. Те ще трябва да бъдат монтирани на височина от около 1000 километра над морското равнище, извън земната атмосфера, но в същото време сигурно фиксирани към повърхността на планетата, така че да може да бъде предадена изтласкваща сила. Освен това, дори с йонен лъч, изхвърлен с 40 километра в секунда в желаната посока, ние все още трябва да изхвърлим еквивалента на 13 процента от масата на Земята като йонни частици, за да преместим останалите 87 процента от масата на планетата.

Леко платно

Тъй като светлината носи инерция, но няма маса, можем също да използваме много мощен непрекъснат и фокусиран лъч светлина, като лазер, за да изместим планетата. В този случай ще бъде възможно да се използва енергията на самото Слънце, без по никакъв начин да се използва масата на самата Земя. Но дори и с невероятно мощна 100-гигаватова лазерна система, която се планира да бъде използвана в върховия проект Starshot, в който учените искат да изпратят малка космическа сонда до най-близката звезда до нашата система с помощта на лазерен лъч, ще ни трябват три квинтилион години непрекъснат лазерен импулс, за да постигнем нашата цел за обръщане на орбитата.

Слънчевата светлина може да бъде отразена директно от гигантско слънчево платно, което ще бъде в космоса, но закотвено към Земята. Като част от предишни изследвания, учените са открили, че това ще изисква отразяващ диск, 19 пъти по-голям от диаметъра на нашата планета. Но в този случай, за да постигнете резултата, ще трябва да изчакате около един милиард години.

Междупланетен билярд

Друг възможен вариант за премахване на Земята от текущата й орбита е добре познатият метод за обмен на инерция между две въртящи се тела за промяна на тяхното ускорение. Тази техника е известна още като гравитационен асистент. Този метод често се използва в междупланетни изследователски мисии. Например, космическият кораб Rosetta, който посети кометата 67P през 2014-2016 г., като част от десетгодишното си пътуване до обекта на изследване, използва гравитационно подпомагане около Земята два пъти, през 2005 г. и през 2007 г.

В резултат на това гравитационното поле на Земята всеки път придава увеличено ускорение на Rosetta, което би било невъзможно да се постигне с използването само на двигателите на самия апарат. Земята също получи противоположна и еднаква инерция на ускорение в рамките на тези гравитационни маневри, но, разбира се, това нямаше измерим ефект поради масата на самата планета.

Но какво ще стане, ако използвате същия принцип, но с нещо по-масивно от космически кораб? Например, същите астероиди със сигурност могат да променят своите траектории под въздействието на земната гравитация. Да, еднократното взаимно влияние върху орбитата на Земята ще бъде незначително, но това действие може да се повтори много пъти, за да се промени в крайна сметка позицията на орбитата на нашата планета.

Някои региони на нашата Слънчева система са доста гъсто „оборудвани“с множество малки небесни тела, като астероиди и комети, чиято маса е достатъчно малка, за да ги приближи до нашата планета с помощта на подходящи и доста реалистични технологии от гледна точка на развитие.

При много внимателно изчисляване на траекторията е напълно възможно да се използва т. нар. метод "делта-v-преместване", когато малко тяло може да бъде изместено от орбитата си в резултат на близко приближаване до Земята, което ще осигури много по-голяма инерция на нашата планета. Всичко това, разбира се, звучи много готино, но бяха проведени по-ранни проучвания, които установиха, че в този случай ще ни трябват милион такива близки астероидни проходи и всеки от тях трябва да се случи в интервала от няколко хиляди години, в противен случай ще бъдем късно по това време, когато Слънцето се разширява толкова много, че животът на Земята става невъзможен.

заключения

От всички опции, описани днес, използването на множество астероиди за подпомагане на гравитацията изглежда е най-реалистичното. Въпреки това, в бъдеще използването на светлина може да стане по-подходяща алтернатива, разбира се, ако се научим как да създаваме гигантски космически структури или свръхмощни лазерни системи. Във всеки случай тези технологии могат да бъдат полезни и за бъдещото ни изследване на космоса.

И все пак, въпреки теоретичната възможност и вероятността за практическа осъществимост в бъдеще, за нас може би най-подходящият вариант за спасение ще бъде преселването на друга планета, например същия Марс, който може да оцелее след смъртта на нашето Слънце. В крайна сметка човечеството отдавна гледа на него като на потенциален втори дом за нашата цивилизация. И ако вземете предвид колко трудно ще бъде да се приложи идеята за изместване на орбитата на Земята, колонизирането на Марс и възможността за тераформирането му, за да се даде на планетата по-обитаем вид, може да не изглежда толкова трудна задача.