Ano ang mangyayari sa Earth pagkatapos ng orbital shift? Pananaw ng engineer

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Sa Chinese science fiction film na Wandering Earth, na inilabas ng Netflix, ang sangkatauhan, gamit ang malalaking makina na naka-install sa paligid ng planeta, ay sumusubok na baguhin ang orbit ng Earth upang maiwasan ang pagkawasak nito sa pamamagitan ng namamatay at lumalawak na Araw, gayundin upang maiwasan ang banggaan sa Jupiter… Ang ganitong senaryo ng isang cosmic apocalypse ay maaaring mangyari balang araw. Sa humigit-kumulang 5 bilyong taon, mauubusan ng gasolina ang ating araw para sa isang thermonuclear reaction, lalawak ito at, malamang, lamunin ang ating planeta. Siyempre, kahit na mas maaga tayong lahat ay mamamatay mula sa isang pandaigdigang pagtaas ng temperatura, ngunit ang pagbabago ng orbit ng Earth ay maaaring isang kinakailangang solusyon upang maiwasan ang isang sakuna, hindi bababa sa teorya.

Ngunit paano makayanan ng sangkatauhan ang napakasalimuot na gawain sa inhinyero? Ang space systems engineer na si Matteo Ceriotti mula sa University of Glasgow ay nagbahagi ng ilang posibleng mga sitwasyon sa mga pahina ng The Conversetion.

Ipagpalagay na ang aming gawain ay ilipat ang orbit ng Earth, ilipat ito palayo sa Araw halos kalahati ng distansya mula sa kasalukuyang lokasyon nito, hanggang sa kung nasaan ang Mars ngayon. Ang mga nangungunang ahensya ng kalawakan sa buong mundo ay matagal nang isinasaalang-alang at kahit na nagtatrabaho sa ideya ng paglilipat ng maliliit na celestial body (asteroids) mula sa kanilang mga orbit, na sa hinaharap ay makakatulong na protektahan ang Earth mula sa mga panlabas na epekto. Ang ilang mga opsyon ay nag-aalok ng isang lubos na mapanirang solusyon: isang nuclear pagsabog malapit o sa asteroid; ang paggamit ng isang "kinetic impactor", ang papel na kung saan, halimbawa, ay maaaring gampanan ng isang spacecraft na naglalayong bumangga sa isang bagay sa mataas na bilis upang baguhin ang tilapon nito. Ngunit kung tungkol sa Earth, ang mga opsyon na ito ay tiyak na hindi gagana dahil sa kanilang mapanirang kalikasan.

Sa balangkas ng iba pang mga diskarte, iminungkahi na bawiin ang mga asteroid mula sa isang mapanganib na trajectory gamit ang spacecraft, na magsisilbing mga tugs, o sa tulong ng mas malalaking spaceship, na, dahil sa kanilang gravity, ay aalisin ang mapanganib na bagay mula sa Earth. Muli, hindi ito gagana sa Earth, dahil ang masa ng mga bagay ay ganap na hindi maihahambing.

Mga de-kuryenteng motor

Malamang na magkikita kayo, ngunit matagal na nating inililigaw ang Earth mula sa ating orbit. Sa tuwing aalis ang isa pang probe sa ating planeta upang pag-aralan ang iba pang mga mundo ng solar system, ang carrier rocket na nagdadala nito ay lumilikha ng isang maliit (sa planetary scale, siyempre) impulse at kumikilos sa Earth, na itinutulak ito sa direksyon na kabaligtaran ng paggalaw nito. Ang isang halimbawa ay isang pagbaril mula sa isang armas at ang nagresultang pag-urong. Sa kabutihang palad para sa amin (ngunit sa kasamaang palad para sa aming "planong palitan ang orbit ng Earth"), ang epektong ito ay halos hindi nakikita ng planeta.

Sa ngayon, ang pinaka-high-performance na rocket sa mundo ay ang American Falcon Heavy mula sa SpaceX. Ngunit kakailanganin natin ang humigit-kumulang 300 quintillion na paglulunsad ng mga carrier na ito sa buong pagkarga upang magamit ang pamamaraang inilarawan sa itaas upang ilipat ang orbit ng Earth sa Mars. Bukod dito, ang masa ng mga materyales na kinakailangan upang lumikha ng lahat ng mga rocket na ito ay katumbas ng 85 porsiyento ng masa ng planeta mismo.

Ang paggamit ng mga de-koryenteng motor, sa partikular na mga ionic, na naglalabas ng isang stream ng mga sisingilin na particle, dahil sa kung saan ang acceleration ay nangyayari, ay magiging isang mas epektibong paraan ng pagbibigay ng acceleration sa masa. At kung mag-i-install tayo ng ilang ganoong makina sa isang bahagi ng ating planeta, ang ating matandang babae sa Earth ay talagang makakapaglakbay sa solar system.

Totoo, sa kasong ito, kakailanganin ang mga makina ng tunay na napakalaking sukat. Kakailanganin na mai-install ang mga ito sa taas na humigit-kumulang 1000 kilometro sa itaas ng antas ng dagat, sa labas ng atmospera ng lupa, ngunit sa parehong oras ay ligtas na naayos sa ibabaw ng planeta upang ang puwersa ng pagtulak ay mailipat dito. Bilang karagdagan, kahit na may ion beam na inilabas sa 40 kilometro bawat segundo sa nais na direksyon, kailangan pa rin nating ilabas ang katumbas ng 13 porsiyento ng masa ng Earth bilang mga particle ng ion upang ilipat ang natitirang 87 porsiyento ng masa ng planeta.

Banayad na layag

Dahil ang liwanag ay nagdadala ng momentum ngunit walang masa, maaari rin tayong gumamit ng napakalakas na tuluy-tuloy at nakatutok na sinag ng liwanag, tulad ng laser, upang ilipat ang planeta. Sa kasong ito, posible na gamitin ang enerhiya ng Araw mismo, nang hindi ginagamit sa anumang paraan ang masa ng Earth mismo. Ngunit kahit na may napakalakas na 100-gigawatt laser system, na pinlano na gamitin sa peakthrough Starshot project, kung saan gustong magpadala ng mga siyentipiko ng maliit na space probe sa pinakamalapit na bituin sa aming system gamit ang isang laser beam, kakailanganin namin ng tatlo. quintillion taon ng tuluy-tuloy na laser pulse upang matugunan ang aming layunin sa pagbaliktad ng orbit.

Ang liwanag ng araw ay maaaring direktang maaninag mula sa isang higanteng solar sail na nasa kalawakan ngunit naka-angkla sa Earth. Bilang bahagi ng nakaraang pananaliksik, natuklasan ng mga siyentipiko na mangangailangan ito ng reflective disk na 19 beses ang diameter ng ating planeta. Ngunit sa kasong ito, upang makamit ang resulta, kakailanganin mong maghintay ng halos isang bilyong taon.

Interplanetary billiards

Ang isa pang posibleng opsyon para alisin ang Earth mula sa kasalukuyang orbit nito ay ang kilalang paraan ng pagpapalitan ng momentum sa pagitan ng dalawang umiikot na katawan upang baguhin ang kanilang acceleration. Ang pamamaraan na ito ay kilala rin bilang gravity assist. Ang pamamaraang ito ay kadalasang ginagamit sa mga misyon ng pananaliksik sa pagitan ng planeta. Halimbawa, ang Rosetta spacecraft na bumisita sa comet 67P noong 2014-2016, bilang bahagi ng sampung taong paglalakbay nito sa object ng pag-aaral, ay gumamit ng gravity assist sa paligid ng Earth nang dalawang beses, noong 2005 at noong 2007.

Bilang resulta, ang gravitational field ng Earth sa bawat oras ay nagbigay ng mas mataas na acceleration sa Rosetta, na imposibleng makamit sa paggamit lamang ng mga makina ng apparatus mismo. Nakatanggap din ang Earth ng isang kabaligtaran at pantay na acceleration momentum sa loob ng balangkas ng mga gravitational maneuvers na ito, gayunpaman, siyempre, ito ay walang masusukat na epekto dahil sa mass ng planeta mismo.

Ngunit paano kung gumamit ka ng parehong prinsipyo, ngunit may isang bagay na mas malaki kaysa sa isang spacecraft? Halimbawa, ang parehong mga asteroid ay maaaring tiyak na baguhin ang kanilang mga tilapon sa ilalim ng impluwensya ng gravity ng Earth. Oo, ang isang beses na magkaparehong impluwensya sa orbit ng Earth ay hindi gaanong mahalaga, ngunit ang pagkilos na ito ay maaaring ulitin nang maraming beses upang sa huli ay mabago ang posisyon ng orbit ng ating planeta.

Ang ilang mga rehiyon ng ating solar system ay medyo makapal na "nilagyan" ng maraming maliliit na celestial na katawan, tulad ng mga asteroid at kometa, na ang masa nito ay sapat na maliit upang ilapit ang mga ito sa ating planeta gamit ang angkop at medyo makatotohanang mga teknolohiya sa mga tuntunin ng pag-unlad.

Sa isang napaka-maingat na pagkalkula ng tilapon, medyo posible na gamitin ang tinatawag na "delta-v-displacement" na paraan, kapag ang isang maliit na katawan ay maaaring maalis mula sa orbit nito bilang isang resulta ng isang malapit na diskarte sa Earth, na kung saan magbibigay ng mas malaking momentum sa ating planeta. Ang lahat ng ito, siyempre, ay napaka-cool, ngunit ang mga naunang pag-aaral ay isinagawa na itinatag na sa kasong ito ay mangangailangan tayo ng isang milyon tulad ng malapit na mga sipi ng asteroid, at ang bawat isa sa kanila ay dapat mangyari sa pagitan ng ilang libong taon, kung hindi, tayo ay magiging huli na sa oras na iyon kung kailan lumalawak ang Araw nang labis na naging imposible ang buhay sa Earth.

mga konklusyon

Sa lahat ng mga opsyon na inilarawan ngayon, ang paggamit ng maraming asteroid para sa gravity assist ay tila ang pinaka-makatotohanan. Gayunpaman, sa hinaharap, ang paggamit ng liwanag ay maaaring maging isang mas angkop na alternatibo, siyempre, kung matutunan natin kung paano lumikha ng mga higanteng istruktura ng kosmiko o napakalakas na mga sistema ng laser. Sa anumang kaso, ang mga teknolohiyang ito ay maaari ding maging kapaki-pakinabang para sa ating paggalugad sa kalawakan sa hinaharap.

Gayunpaman, sa kabila ng teoretikal na posibilidad at ang posibilidad ng praktikal na pagiging posible sa hinaharap, para sa amin, marahil ang pinaka-angkop na pagpipilian para sa kaligtasan ay ang resettlement sa ibang planeta, halimbawa, ang parehong Mars, na maaaring makaligtas sa pagkamatay ng ating Araw. Pagkatapos ng lahat, ang sangkatauhan ay matagal nang tinitingnan ito bilang isang potensyal na pangalawang tahanan para sa ating sibilisasyon. At kung isasaalang-alang mo rin kung gaano kahirap na ipatupad ang ideya ng isang displacement ng orbit ng Earth, kolonisasyon ng Mars at ang posibilidad ng terraforming ito upang bigyan ang planeta ng isang mas matitirahan hitsura ay maaaring hindi mukhang tulad ng isang mahirap na gawain.