In de nieuwe Chinese sciencefictionfilm Wandering Earth, onlangs uitgebracht door Netflix, probeert de mensheid, met behulp van enorme motoren die rond de planeet zijn geïnstalleerd, de baan van de aarde te veranderen om te voorkomen dat deze wordt vernietigd door de stervende en uitdijende zon, en om botsingen te voorkomen. met Jupiter. Zo'n scenario van een kosmische apocalyps kan ooit daadwerkelijk gebeuren. Over ongeveer 5 miljard jaar zal onze zon geen brandstof meer hebben voor een thermonucleaire reactie, hij zal uitzetten en hoogstwaarschijnlijk onze planeet overspoelen. Natuurlijk zullen we nog eerder allemaal sterven door een wereldwijde temperatuurstijging, maar het veranderen van de baan van de aarde kan inderdaad de juiste oplossing zijn om een catastrofe te voorkomen, althans in theorie.
Maar hoe kan de mensheid omgaan met zo'n buitengewoon complexe technische taak? Space systems engineer Matteo Ceriotti van de University of Glasgow heeft verschillende mogelijke scenario's gedeeld op de pagina's van The Conversetion.
Stel dat het onze taak is om de baan van de aarde te verplaatsen en deze ongeveer de helft van de afstand van de huidige locatie van de zon af te verplaatsen, ongeveer tot waar Mars nu is. Toonaangevende ruimteagentschappen over de hele wereld hebben lang nagedacht over en zelfs gewerkt aan het idee om kleine hemellichamen (asteroïden) uit hun banen te verplaatsen, wat in de toekomst zal helpen de aarde te beschermen tegen externe invloeden. Sommige opties bieden een zeer destructieve oplossing: een nucleaire explosie nabij de asteroïde of op zijn oppervlak; het gebruik van een "kinetisch botslichaam", waarvan de rol bijvoorbeeld kan worden gespeeld door een ruimtevaartuig dat erop gericht is met hoge snelheid tegen een object te botsen om van baan te veranderen. Maar wat de aarde betreft, zullen deze opties zeker niet werken vanwege hun destructieve karakter.
In het kader van andere benaderingen wordt voorgesteld om asteroïden terug te trekken uit een gevaarlijk traject met behulp van ruimtevaartuigen, die als sleepboten zullen fungeren, of met behulp van grotere ruimteschepen, die vanwege hun zwaartekracht een gevaarlijk object van de aarde zullen terugtrekken. Nogmaals, dit zal niet werken met de aarde, omdat de massa van objecten volledig onvergelijkbaar zal zijn.
Elektrische motoren
Je zult elkaar waarschijnlijk zien, maar we hebben de aarde al heel lang uit onze baan verplaatst. Elke keer dat een andere sonde onze planeet verlaat om andere werelden van het zonnestelsel te bestuderen, creëert de dragende raket die hem vervoert een kleine (op planetaire schaal natuurlijk) impuls en werkt op de aarde door hem in de richting tegengesteld aan zijn beweging te duwen. Een voorbeeld is een schot van een wapen en de resulterende terugslag. Gelukkig voor ons (maar helaas voor ons "plan om de baan van de aarde te veranderen"), is dit effect bijna onzichtbaar voor de planeet.
Promotie video:
Op dit moment is de meest krachtige raket ter wereld de Amerikaanse Falcon Heavy van SpaceX. Maar we hebben ongeveer 300 triljoen lanceringen van deze dragers nodig bij volledige belasting om de hierboven beschreven methode te gebruiken om de baan van de aarde naar Mars te verplaatsen. Bovendien is de massa aan materialen die nodig is om al deze raketten te maken, gelijk aan 85 procent van de massa van de planeet zelf.
Het gebruik van elektrische motoren, in het bijzonder ionische motoren, die een stroom geladen deeltjes vrijgeven, waardoor versnelling optreedt, zal een effectievere manier zijn om versnelling aan massa te geven. En als we meerdere van dergelijke motoren aan één kant van onze planeet installeren, kan onze oude aardse vrouw echt op reis gaan door het zonnestelsel.
Toegegeven, in dit geval zijn motoren van echt gigantische afmetingen vereist. Ze moeten worden geïnstalleerd op een hoogte van ongeveer 1000 kilometer boven zeeniveau, buiten de atmosfeer van de aarde, maar tegelijkertijd stevig bevestigd aan het oppervlak van de planeet, zodat de duwkracht erop kan worden overgedragen. Bovendien moeten we, zelfs met een ionenbundel die met 40 kilometer per seconde in de gewenste richting wordt uitgestoten, nog steeds het equivalent van 13 procent van de massa van de aarde als ionische deeltjes uitwerpen om de resterende 87 procent van de massa van de planeet te verplaatsen.
Licht zeil
Omdat licht momentum draagt maar geen massa heeft, kunnen we ook een zeer krachtige continue en gefocusseerde lichtstraal, zoals een laser, gebruiken om de planeet te verplaatsen. In dit geval is het mogelijk om de energie van de zon zelf te gebruiken, zonder de massa van de aarde zelf op enigerlei wijze te gebruiken. Maar zelfs met een ongelooflijk krachtig lasersysteem van 100 gigawatt, dat gepland is om te worden gebruikt in het Breakthrough Starshot-project, waarin wetenschappers een kleine ruimtesonde naar de dichtstbijzijnde ster naar ons systeem willen sturen met behulp van een laserstraal, hebben we drie quintiljoen jaar continue laserpuls nodig om om ons doel om de baan te veranderen te bereiken.
Zonlicht kan direct worden gereflecteerd door een gigantisch zonnezeil dat in de ruimte zal zijn maar verankerd aan de aarde. In het kader van eerder onderzoek hebben wetenschappers ontdekt dat hiervoor een reflecterende schijf nodig is die 19 keer de diameter van onze planeet is. Maar in dit geval moet u ongeveer een miljard jaar wachten om het resultaat te bereiken.
Interplanetair biljart
Een andere mogelijke optie om de aarde uit zijn huidige baan te halen, is de bekende methode om momentum uit te wisselen tussen twee roterende lichamen om hun versnelling te veranderen. Deze techniek wordt ook wel gravity assist genoemd. Deze methode wordt vrij vaak gebruikt in interplanetaire onderzoeksmissies. Zo gebruikte het Rosetta-ruimtevaartuig dat in 2014-2016 komeet 67P bezocht, als onderdeel van zijn tienjarige reis naar het object van studie, twee keer zwaartekrachtassistentie rond de aarde, in 2005 en in 2007.
Als gevolg hiervan gaf het zwaartekrachtveld van de aarde elke keer een verhoogde versnelling aan de Rosetta, wat onmogelijk zou zijn geweest met alleen de motoren van het apparaat zelf. De aarde kreeg ook een tegengesteld en gelijk versnellingsmomentum binnen het kader van deze zwaartekrachtmanoeuvres, maar dit had natuurlijk geen meetbaar effect vanwege de massa van de planeet zelf.
Wat als we hetzelfde principe gebruiken, maar met iets zwaarder dan een ruimtevaartuig? Dezelfde asteroïden kunnen bijvoorbeeld zeker hun baan veranderen onder invloed van de zwaartekracht van de aarde. Ja, eenmalige wederzijdse invloed op de baan van de aarde zal onbeduidend zijn, maar deze actie kan vele malen worden herhaald om uiteindelijk de positie van de baan van onze planeet te veranderen.
Bepaalde delen van ons zonnestelsel zijn vrij dicht 'uitgerust' met vele kleine hemellichamen, zoals asteroïden en kometen, waarvan de massa klein genoeg is om ze dichter bij onze planeet te brengen met behulp van geschikte en redelijk realistische technologieën in termen van ontwikkeling.
Met een zeer zorgvuldige misrekening van het traject, is het heel goed mogelijk om de zogenaamde "delta-v-verplaatsing" -methode te gebruiken, wanneer een klein lichaam uit zijn baan kan worden verplaatst als gevolg van een dichte nadering van de aarde, wat een veel grotere impuls zal geven aan onze planeet. Dit klinkt natuurlijk allemaal heel gaaf, maar er zijn eerdere studies uitgevoerd die hebben vastgesteld dat we in dit geval een miljoen van zulke nauwe asteroïdenpassages nodig zouden hebben, en elk van hen moet plaatsvinden in het interval van enkele duizenden jaren, anders zullen we tegen die tijd te laat zijn. wanneer de zon zo uitzet dat leven op aarde onmogelijk wordt.
conclusies
Van alle opties die vandaag worden beschreven, lijkt het gebruik van meerdere asteroïden voor zwaartekrachtassistentie het meest realistisch. In de toekomst kan het gebruik van licht natuurlijk een geschikter alternatief worden als we leren hoe we gigantische kosmische structuren of superkrachtige lasersystemen kunnen creëren. In ieder geval kunnen deze technologieën ook nuttig zijn voor onze toekomstige verkenning van de ruimte.
En toch, ondanks de theoretische mogelijkheid en de waarschijnlijkheid van praktische haalbaarheid in de toekomst, is voor ons misschien de meest geschikte optie voor redding hervestiging op een andere planeet, bijvoorbeeld dezelfde Mars, die de dood van onze zon kan overleven. De mensheid beschouwt het tenslotte al lang als een potentieel tweede thuis voor onze beschaving. En als je ook bedenkt hoe moeilijk het zal zijn om het idee van een verplaatsing van de baan van de aarde te implementeren, lijkt het misschien niet zo'n moeilijke taak om Mars te koloniseren en de mogelijkheid om het te terraformeren om de planeet een meer bewoonbaar uiterlijk te geven.
Nikolay Khizhnyak
