Mitä maapallolle tapahtuu kiertoradan muutoksen jälkeen? Insinöörin näkemys

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Netflixin julkaisemassa kiinalaisessa sci-fi-elokuvassa Wandering Earth ihmiskunta yrittää planeetan ympärille asennettujen valtavien moottoreiden avulla muuttaa Maan kiertorataa välttääkseen sen tuhoamisen kuolevan ja laajenevan Auringon toimesta sekä estämään törmäyksen Jupiterin kanssa… Tällainen kosmisen apokalypsin skenaario voi joskus toteutua. Noin 5 miljardin vuoden kuluttua auringostamme loppuu polttoaine lämpöydinreaktiota varten, se laajenee ja todennäköisesti nielee planeettamme. Tietysti jo aikaisemmin kuolemme kaikki globaaliin lämpötilan nousuun, mutta Maan kiertoradan muuttaminen voi todellakin olla välttämätön ratkaisu katastrofin välttämiseksi, ainakin teoriassa.

Mutta kuinka ihmiskunta voi selviytyä niin äärimmäisen monimutkaisesta suunnittelutehtävästä? Avaruusjärjestelmäinsinööri Matteo Ceriotti Glasgow'n yliopistosta jakoi useita mahdollisia skenaarioita The Conversetion -lehden sivuilla.

Oletetaan, että tehtävämme on siirtää Maan kiertorata siirtämällä se pois Auringosta noin puolet etäisyydeltä sen nykyisestä sijainnistaan, suunnilleen sinne, missä Mars nyt on. Johtavat avaruusjärjestöt ympäri maailmaa ovat pitkään pohtineet ja jopa työstäneet ajatusta pienten taivaankappaleiden (asteroidien) syrjäyttämisestä kiertoradalta, mikä tulevaisuudessa auttaa suojelemaan maapalloa ulkoisilta vaikutuksilta. Jotkut vaihtoehdot tarjoavat erittäin tuhoavan ratkaisun: ydinräjähdys asteroidin lähellä tai sen päällä; "kineettisen iskulaitteen" käyttö, jonka roolissa voi olla esimerkiksi avaruusalus, jonka tarkoituksena on törmätä esineeseen suurella nopeudella muuttaakseen sen lentorataa. Mutta mitä tulee maapalloon, nämä vaihtoehdot eivät varmasti toimi niiden tuhoavan luonteen vuoksi.

Muiden lähestymistapojen puitteissa ehdotetaan asteroidien vetäytymistä vaaralliselta liikeradalta hinaajana toimivilla avaruusaluksilla tai suurempien avaruusalusten avulla, jotka painovoimansa vuoksi poistavat vaarallisen kohteen maasta. Jälleen tämä ei toimi maan kanssa, koska esineiden massa on täysin vertaansa vailla.

Sähkömoottorit

Luultavasti näette toisenne, mutta olemme siirtäneet Maata kiertoradaltamme jo pitkään. Joka kerta kun toinen luotain poistuu planeetaltamme tutkiakseen aurinkokunnan muita maailmoja, sitä kuljettava kantoraketti luo pienen (tietysti planeetan mittakaavassa) impulssin ja vaikuttaa Maahan työntäen sitä sen liikettä vastakkaiseen suuntaan. Esimerkkinä on laukaus aseesta ja siitä johtuva rekyyli. Onneksi meille (mutta valitettavasti "suunnitelmallemme siirtää Maan kiertorata") tämä vaikutus on melkein näkymätön planeetalle.

Tällä hetkellä maailman tehokkain raketti on amerikkalainen Falcon Heavy SpaceX:ltä. Mutta tarvitsemme noin 300 kvintiljoonaa näiden kantoalusten laukaisua täydellä kuormalla, jotta voimme käyttää edellä kuvattua menetelmää siirtääkseen Maan kiertoradan Marsiin. Lisäksi kaikkien näiden rakettien luomiseen tarvittavien materiaalien massa vastaa 85 prosenttia planeetan massasta.

Sähkömoottorien, erityisesti ionisten moottoreiden käyttö, jotka vapauttavat varautuneiden hiukkasten virran, jonka seurauksena kiihtyvyys tapahtuu, on tehokkaampi tapa antaa kiihtyvyyttä massalle. Ja jos asennamme useita tällaisia moottoreita planeettamme yhdelle puolelle, vanha maan nainen voi todella lähteä matkalle aurinkokunnan halki.

Totta, tässä tapauksessa tarvitaan todella jättimäisen kokoisia moottoreita. Ne tulee asentaa noin 1000 kilometrin korkeuteen merenpinnan yläpuolella, maan ilmakehän ulkopuolelle, mutta samalla kiinnittää turvallisesti planeetan pintaan, jotta siihen voidaan siirtää työntövoima. Lisäksi, vaikka ionisäde laukaisu nopeudella 40 kilometriä sekunnissa haluttuun suuntaan, meidän on silti poistettava 13 prosenttia maapallon massasta ionihiukkasina siirtääksemme loput 87 prosenttia planeetan massasta.

Kevyt purje

Koska valo kuljettaa vauhtia, mutta sillä ei ole massaa, voimme myös käyttää erittäin voimakasta jatkuvaa ja fokusoitua valonsädettä, kuten laseria, planeetan syrjäyttämiseen. Tässä tapauksessa on mahdollista käyttää itse Auringon energiaa käyttämättä millään tavalla itse Maan massaa. Mutta jopa uskomattoman tehokkaalla 100 gigawatin laserjärjestelmällä, jota suunnitellaan käytettäväksi huipussaan Starshot-projektissa, jossa tutkijat haluavat lähettää pienen avaruusluotaimen lasersäteen avulla järjestelmäämme lähimpään tähteen, tarvitsemme kolme kvintiljoonaa vuotta jatkuvaa laserpulssia saavuttaaksemme kiertoradan kääntämistavoitteemme.

Auringonvalo voi heijastua suoraan jättimäisestä aurinkopurjeesta, joka on avaruudessa mutta ankkuroituna Maahan. Osana aikaisempaa tutkimusta tiedemiehet ovat havainneet, että tämä vaatisi heijastavan levyn, joka on 19 kertaa planeettamme halkaisija. Mutta tässä tapauksessa tuloksen saavuttamiseksi sinun on odotettava noin miljardi vuotta.

Planeettojenvälinen biljardi

Toinen mahdollinen vaihtoehto Maan poistamiseksi nykyiseltä kiertoradalta on tunnettu menetelmä vaihtaa liikemäärä kahden pyörivän kappaleen välillä niiden kiihtyvyyden muuttamiseksi. Tämä tekniikka tunnetaan myös painovoima-avustajana. Tätä menetelmää käytetään usein planeettojen välisissä tutkimustehtävissä. Esimerkiksi Rosetta-avaruusalus, joka vieraili komeetalla 67P vuosina 2014-2016, osana kymmenen vuoden matkaansa tutkimuskohteeseen käytti painovoima-avustusta Maan ympäri kahdesti, vuonna 2005 ja 2007.

Tämän seurauksena Maan gravitaatiokenttä antoi joka kerta Rosettalle lisääntyneen kiihtyvyyden, mikä olisi ollut mahdotonta saavuttaa pelkästään itse laitteen moottoreita käyttämällä. Maa sai myös päinvastaisen ja yhtäläisen kiihtyvyysmäärän näiden painovoimaharjoitusten puitteissa, mutta tällä ei tietenkään ollut mitattavaa vaikutusta itse planeetan massasta johtuen.

Mutta entä jos käytät samaa periaatetta, mutta jotain massiivista kuin avaruusalus? Esimerkiksi samat asteroidit voivat varmasti muuttaa lentoratojaan Maan painovoiman vaikutuksesta. Kyllä, kertaluonteinen keskinäinen vaikutus Maan kiertoradalle on merkityksetön, mutta tämä toimenpide voidaan toistaa monta kertaa, jotta lopulta planeettamme kiertoradan sijainti muuttuisi.

Tietyt aurinkokuntamme alueet ovat melko tiheästi "varustettuja" monilla pienillä taivaankappaleilla, kuten asteroideilla ja komeetoilla, joiden massa on tarpeeksi pieni vetääkseen ne lähemmäs planeettamme käyttämällä asianmukaisia ja kehityksen kannalta melko realistisia tekniikoita.

Hyvin huolellisella liikeradan laskennalla on täysin mahdollista käyttää niin sanottua "delta-v-siirtymä" -menetelmää, jolloin pieni kappale voi siirtyä kiertoradaltaan läheisen lähestymisen seurauksena Maata, mikä antaa planeetallemme paljon suuremman vauhdin. Kaikki tämä kuulostaa tietysti erittäin siistiltä, mutta aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että tässä tapauksessa tarvitsisimme miljoona tällaista läheistä asteroidikulkua, ja jokaisen on tapahduttava useiden tuhansien vuosien välein, muuten joudumme myöhään siihen aikaan, kun aurinko laajenee niin paljon, että elämä Maan päällä muuttuu mahdottomaksi.

johtopäätöksiä

Kaikista tänään kuvatuista vaihtoehdoista useiden asteroidien käyttäminen painovoima-avustuksena näyttää olevan realistisinta. Tulevaisuudessa valon käytöstä voi kuitenkin muodostua sopivampi vaihtoehto, jos opimme luomaan jättimäisiä kosmisia rakenteita tai supertehokkaita laserjärjestelmiä. Joka tapauksessa näistä tekniikoista voi olla hyötyä myös tulevalle avaruustutkimuksellemme.

Ja silti, huolimatta teoreettisesta mahdollisuudesta ja käytännön toteutettavuuden todennäköisyydestä tulevaisuudessa, meille ehkä sopivin vaihtoehto pelastukselle olisi uudelleensijoittaminen toiselle planeetalle, esimerkiksi samalle Marsille, joka voi selviytyä aurinkomme kuolemasta. Loppujen lopuksi ihmiskunta on pitkään katsonut sitä mahdolliseksi toiseksi kodiksi sivilisaatiollemme. Ja jos otat myös huomioon, kuinka vaikeaa on toteuttaa ajatus Maan kiertoradan siirtymisestä, Marsin kolonisointi ja mahdollisuus terraformoida se planeetan asuttavamman ulkonäön saamiseksi eivät ehkä vaikuta niin vaikealta tehtävältä.