Netflixin julkaisemassa kiinalaisessa scifi-elokuvassa Wandering Earth, ihmiskunta yrittää muuttaa planeetan ympäri asennettuja valtavia moottoreita käyttämällä maapallon kiertorataa välttämään sen tuhoamista kuolevalta ja laajenevalta Auringolta sekä estämään törmäyksen Jupiterin kanssa. … Tällainen kosmisen apokalypsen skenaario voi tapahtua jonain päivänä. Noin viiden miljardin vuoden aikana aurinkoomme loppuu polttoainetta lämpöydinreaktiota varten, se laajenee ja todennäköisesti imee planeettamme. Tietenkin, jopa aiemmin me kaikki kuolemme lämpötilan noususta maailmanlaajuisesti, mutta Maan kiertoradan muuttaminen voi todellakin olla oikea ratkaisu katastrofin välttämiseksi, ainakin teoriassa.
Mutta kuinka ihmiskunta selviytyy niin äärimmäisen monimutkaisesta suunnittelutehtävästä? Avaruusjärjestelmien insinööri Matteo Ceriotti Glasgow'n yliopistosta on jakanut useita mahdollisia skenaarioita The Conversetion -sivun sivuille.
Oletetaan, että tehtävämme on siirtää maapallon kiertorata siirtämällä sitä pois auringosta noin puolet etäisyydeltä nykyisestä sijainnistaan suunnilleen mihin Mars on nyt. Johtavat avaruusjärjestöt ympäri maailmaa ovat pitkään harkinneet ja jopa työskennelleet ajatuksen syrjäyttämiseksi pienistä taivaankappaleista (asteroideista) kiertoradaltaan, mikä tulevaisuudessa auttaa suojaamaan maapallon ulkoisilta vaikutuksilta. Jotkut vaihtoehdot tarjoavat erittäin tuhoavan ratkaisun: ydinräjähdys asteroidin lähellä tai sen pinnalla; "kineettisen iskulaitteen" käyttö, jonka roolia voi esimerkiksi suorittaa avaruusalus, joka pyrkii törmäämään esineeseen suurella nopeudella, jotta voidaan muuttaa sen lentorataa. Mutta maan suhteen nämä vaihtoehdot eivät varmasti toimi niiden tuhoisan luonteensa takia.
Muiden lähestymistapojen puitteissa ehdotetaan asteroidien vetämistä vaaralliselta suuntaukselta avaruusaluksilla, jotka toimivat hinaajina, tai suurempien avaruusalusten avulla, jotka vetovoimansa vuoksi vetävät vaarallisen esineen maasta. Tämä ei taaskään toimi maan kanssa, koska esineiden massa on täysin vertaansa vailla.
Sähkömoottorit
Näet todennäköisesti toisiamme, mutta olemme siirtäneet maata kiertoradallamme jo kauan. Joka kerta kun toinen koetin poistuu planeettamme tutkimaan aurinkokunnan muita maailmoja, sen kantoraketti luo pienen (planeetta mittakaavassa tietysti) impulssin ja toimii maapallolla työntäen sitä liikettä vastakkaiseen suuntaan. Esimerkki on laukaus aseesta ja sen seurauksena tapahtuva kumous. Meille onneksi (mutta valitettavasti "suunnitelmallemme siirtää maapallon kiertorataa") tämä vaikutus on melkein näkymätön planeetalle.
Mainosvideo:
Tällä hetkellä maailman tehokkain raketti on SpaceX: n American Falcon Heavy. Mutta tarvitsemme noin 300 kvintillon laukaisua näiltä kantajilta täydellä kuormalla, jotta voimme käyttää yllä kuvattua menetelmää siirtääksesi maapallon kiertoradan Marsiin. Lisäksi kaikkien näiden rakettien luomiseen tarvittava materiaalien massa vastaa 85 prosenttia itse planeetan massasta.
Sähkömoottorien, erityisesti ionisten, käyttö, joka vapauttaa varautuneiden hiukkasten virran, jonka vuoksi kiihtyvyys tapahtuu, on tehokkaampi tapa saada kiihtyvyys massaan. Ja jos asennamme useita tällaisia moottoreita planeettamme yhdelle puolelle, vanha maapallomme voi todella mennä matkalle aurinkokunnan läpi.
Totta, tässä tapauksessa tarvitaan todella jättimittaisia moottoreita. Ne on asennettava noin 1000 kilometrin korkeuteen merenpinnan yläpuolella maan ilmakehän ulkopuolelle, mutta samalla kiinnitettävä tiukasti planeetan pintaan, jotta työntövoima voidaan siirtää siihen. Lisäksi edes ionisäteen avulla, joka säteilytetään nopeudella 40 kilometriä sekunnissa haluttuun suuntaan, meidän on silti poistettava vastaava määrä 13 prosenttia maapallon massasta ionisina hiukkasina, jotta jäljellä olevat 87 prosenttia planeetan massasta siirretään.
Kevyt purje
Koska valossa on vauhtia, mutta siinä ei ole massaa, voimme käyttää myös erittäin voimakasta jatkuvaa ja keskittynyttä valonsädettä, kuten laseria, planeetan siirtämiseen. Tässä tapauksessa on mahdollista käyttää itse Auringon energiaa käyttämättä millään tavalla itse Maan massaa. Mutta jopa uskomattoman tehokkaalla 100 gigawatin lasersysteemillä, jota on tarkoitus käyttää parhaimmassa mahdollisessa Starshot-projektissa, jossa tutkijat haluavat lähettää pienen avaruusanturin lähimpään tähtiin järjestelmäämme lasersäteen avulla, tarvitsemme kolmen kvintillion vuoden jatkuvan laserpulssin saavuttaa kiertoradan vaihtotavoitteemme.
Auringonvalo voi heijastua suoraan jättiläisestä aurinkopurusta, joka on avaruudessa, mutta ankkuroituna Maahan. Aikaisemman tutkimuksen puitteissa tutkijat ovat havainneet, että tämä edellyttäisi heijastavaa levyä, joka on 19-kertainen planeettamme halkaisijan suhteen. Mutta tässä tapauksessa joudut odottamaan noin miljardia vuotta tuloksen saavuttamiseksi.
Planeettavälinen biljardi
Toinen mahdollinen vaihtoehto maapallon poistamiseksi nykyiseltä kiertoradaltaan on hyvin tunnettu menetelmä vaihtaa vauhtia kahden pyörivän kappaleen välillä kiihtyvyyden muuttamiseksi. Tämä tekniikka tunnetaan myös nimellä painovoimaapu. Tätä menetelmää käytetään melko usein planeettojenvälisissä tutkimusmatkoissa. Esimerkiksi komeetta 67P: llä vuosina 2014-2016 vieraillut Rosetta-avaruusalus, joka oli kymmenen vuoden matkansa tutkimuskohteeseen, käytti painovoimaapua maapallon ympäri kahdesti, vuosina 2005 ja 2007.
Seurauksena maapallon gravitaatiokenttä antoi joka kerta Rosettalle suuremman kiihtyvyyden, jota olisi ollut mahdotonta saavuttaa itse laitteen moottoreita käyttämällä. Maapallo sai myös vastakkaisen ja samanlaisen kiihtyvyyden näiden gravitaatiovaiheiden yhteydessä, mutta tietenkin sillä ei ollut mitattavissa olevaa vaikutusta itse planeetan massasta johtuen.
Entä jos käytämme samaa periaatetta, mutta jollain massiivisemmalla kuin avaruusaluksella? Esimerkiksi samat asteroidit voivat varmasti muuttaa radansa maapallon painovoiman vaikutuksesta. Kyllä, kertaluonteinen keskinäinen vaikutus maapallon kiertoradalle on merkityksetön, mutta tämä toiminta voidaan toistaa useita kertoja planeettamme kiertoradan lopulliseksi muuttamiseksi.
Tietyt aurinkokunnan alueemme on varustettu melko tiheästi monilla pienillä taivaankappaleilla, kuten asteroideilla ja komeetoilla, joiden massa on riittävän pieni vetämään niitä lähemmäksi planeettamme käyttämällä sopivia ja melko realistisia tekniikoita kehityksen kannalta.
Hyvin huolellisella suuntaviivojen laskennalla on täysin mahdollista käyttää niin sanottua "delta-v-siirtymä" -menetelmää, kun pieni ruumis voidaan siirtää kiertoradaltaan läheisen lähestymistavan seurauksena maapallolle, mikä antaa planeetallemme paljon suuremman vauhdin. Kaikki tämä tietysti kuulostaa erittäin viileältä, mutta aikaisemmat tutkimukset osoittivat, että tässä tapauksessa tarvitsemme miljoona tällaista läheistä asteroidikäytävää, ja jokaisen niistä on tapahduttava useiden tuhansien vuosien välein, muuten olemme myöhässä siihen mennessä. kun aurinko laajenee niin paljon, että elämä maapallolla tulee mahdottomaksi.
päätelmät
Kaikista tänään kuvatuista vaihtoehdoista useimpien asteroidien käyttö painovoimaapuun näyttää realisimmalta. Tulevaisuudessa valon käytöstä voi kuitenkin tulla sopivampi vaihtoehto, tietysti, jos opimme luomaan jättiläisiä kosmisia rakenteita tai erittäin tehokkaita laserjärjestelmiä. Joka tapauksessa nämä tekniikat voivat olla hyödyllisiä myös tulevaisuuden avaruustutkimuksessamme.
Ja kuitenkin tulevaisuuden teoreettisesta mahdollisuudesta ja käytännön toteutettavuuden todennäköisyydestä huolimatta sopivin pelastusvaihtoehto meille on uudelleensijoittaminen toiselle planeetalle, esimerkiksi samalle Marsille, joka voi selviytyä aurinkomme kuolemasta. Ihmiskunta on loppujen lopuksi katsonut sitä pitkään sivilisaatiomme potentiaaliseksi toiseksi kodiksi. Ja jos mietit myös, kuinka vaikeaa on toteuttaa ajatusta maapallon kiertoradan siirtämisestä, Marsin asuttaminen ja mahdollisuus sen muuttamiseen maapallon asettamiseksi planeetalle asuttavammaksi ulkonäöksi ei ehkä tunnu niin vaikealta tehtävältä.