Apakah yang akan berlaku kepada Bumi selepas peralihan orbit? Pandangan jurutera

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Dalam filem fiksyen sains China Wandering Earth, yang dikeluarkan oleh Netflix, manusia, menggunakan enjin besar yang dipasang di sekeliling planet ini, cuba mengubah orbit Bumi untuk mengelakkan kemusnahannya oleh Matahari yang semakin hampir dan mengembang, serta untuk mengelakkan perlanggaran dengan Musytari… Senario kiamat kosmik seperti itu mungkin suatu hari nanti benar-benar berlaku. Dalam masa kira-kira 5 bilion tahun, matahari kita akan kehabisan bahan api untuk tindak balas termonuklear, ia akan mengembang dan, kemungkinan besar, menelan planet kita. Sudah tentu, lebih awal lagi kita semua akan mati akibat kenaikan suhu global, tetapi mengubah orbit Bumi sememangnya merupakan penyelesaian yang diperlukan untuk mengelakkan malapetaka, sekurang-kurangnya secara teori.

Tetapi bagaimana manusia dapat mengatasi tugas kejuruteraan yang sangat kompleks? Jurutera sistem angkasa Matteo Ceriotti dari Universiti Glasgow berkongsi beberapa kemungkinan senario di halaman The Conversetion.

Katakan tugas kita adalah untuk menyesarkan orbit Bumi, mengalihkannya dari Matahari kira-kira separuh jarak dari lokasi semasanya, ke tempat Marikh sekarang. Agensi angkasa terkemuka di seluruh dunia telah lama mempertimbangkan dan juga mengusahakan idea untuk mengalihkan badan angkasa kecil (asteroid) dari orbit mereka, yang pada masa hadapan akan membantu melindungi Bumi daripada kesan luaran. Sesetengah pilihan menawarkan penyelesaian yang sangat merosakkan: letupan nuklear berhampiran atau pada asteroid; penggunaan "kinetic impactor", yang peranannya, sebagai contoh, boleh dimainkan oleh kapal angkasa yang bertujuan untuk berlanggar dengan objek pada kelajuan tinggi untuk mengubah trajektorinya. Tetapi setakat Bumi, pilihan ini pastinya tidak akan berfungsi kerana sifatnya yang merosakkan.

Dalam rangka pendekatan lain, adalah dicadangkan untuk menarik balik asteroid dari trajektori berbahaya menggunakan kapal angkasa, yang akan bertindak sebagai tunda, atau dengan bantuan kapal angkasa yang lebih besar, yang, disebabkan gravitinya, akan menarik objek berbahaya dari Bumi. Sekali lagi, ini tidak akan berfungsi dengan Bumi, kerana jisim objek akan sama sekali tidak dapat dibandingkan.

Motor elektrik

Anda mungkin akan melihat satu sama lain, tetapi kita telah menyesarkan Bumi dari orbit kita untuk masa yang lama. Setiap kali siasatan lain meninggalkan planet kita untuk mengkaji dunia lain dalam sistem suria, roket pembawa yang membawanya mencipta impuls kecil (pada skala planet, sudah tentu) dan bertindak di Bumi, menolaknya ke arah yang bertentangan dengan gerakannya. Contohnya ialah tembakan dari senjata dan recoil yang terhasil. Nasib baik bagi kita (tetapi malangnya untuk "rancangan untuk menyesarkan orbit Bumi"), kesan ini hampir tidak dapat dilihat oleh planet ini.

Pada masa ini, roket paling berprestasi tinggi di dunia ialah American Falcon Heavy dari SpaceX. Tetapi kita akan memerlukan kira-kira 300 quintillion pelancaran pembawa ini pada muatan penuh untuk menggunakan kaedah yang diterangkan di atas untuk menggerakkan orbit Bumi ke Marikh. Selain itu, jisim bahan yang diperlukan untuk mencipta semua roket ini akan bersamaan dengan 85 peratus daripada jisim planet itu sendiri.

Penggunaan motor elektrik, khususnya yang ionik, yang melepaskan aliran zarah bercas, yang menyebabkan pecutan berlaku, akan menjadi cara yang lebih berkesan untuk menyampaikan pecutan kepada jisim. Dan jika kita memasang beberapa enjin sedemikian pada satu sisi planet kita, wanita Bumi lama kita benar-benar boleh melakukan perjalanan melalui sistem suria.

Benar, dalam kes ini, enjin dengan dimensi yang sangat besar akan diperlukan. Mereka perlu dipasang pada ketinggian kira-kira 1000 kilometer di atas paras laut, di luar atmosfera bumi, tetapi pada masa yang sama dipasang dengan selamat ke permukaan planet supaya daya tolakan boleh dihantar kepadanya. Di samping itu, walaupun dengan pancaran ion dikeluarkan pada 40 kilometer sesaat ke arah yang dikehendaki, kita masih perlu mengeluarkan bersamaan 13 peratus daripada jisim Bumi sebagai zarah ion untuk menggerakkan baki 87 peratus daripada jisim planet.

Belayar ringan

Memandangkan cahaya membawa momentum tetapi tidak mempunyai jisim, kita juga boleh menggunakan pancaran cahaya berterusan dan fokus yang sangat berkuasa, seperti laser, untuk menyesarkan planet ini. Dalam kes ini, adalah mungkin untuk menggunakan tenaga Matahari itu sendiri, tanpa menggunakan jisim Bumi itu sendiri. Tetapi walaupun dengan sistem laser 100-gigawatt yang sangat berkuasa, yang dirancang untuk digunakan dalam projek Starshot puncak, di mana saintis ingin menghantar kuar angkasa kecil ke bintang terdekat dengan sistem kami menggunakan pancaran laser, kami memerlukan tiga quintillion tahun nadi laser berterusan untuk memenuhi matlamat pembalikan orbit kami.

Cahaya matahari boleh dipantulkan terus dari layar suria gergasi yang akan berada di angkasa tetapi berlabuh ke Bumi. Sebagai sebahagian daripada penyelidikan lepas, saintis telah mendapati bahawa ini memerlukan cakera pemantul 19 kali diameter planet kita. Tetapi dalam kes ini, untuk mencapai hasilnya, anda perlu menunggu kira-kira satu bilion tahun.

Biliard antara planet

Satu lagi pilihan yang mungkin untuk mengalihkan Bumi dari orbit semasa ialah kaedah yang terkenal untuk menukar momentum antara dua jasad berputar untuk menukar pecutan mereka. Teknik ini juga dikenali sebagai bantuan graviti. Kaedah ini sering digunakan dalam misi penyelidikan antara planet. Sebagai contoh, kapal angkasa Rosetta yang melawat komet 67P pada 2014-2016, sebagai sebahagian daripada perjalanan sepuluh tahunnya ke objek kajian, menggunakan bantuan graviti mengelilingi Bumi dua kali, pada 2005 dan pada 2007.

Akibatnya, medan graviti Bumi setiap kali memberikan pecutan yang meningkat kepada Rosetta, yang tidak mungkin dicapai dengan hanya menggunakan enjin radas itu sendiri. Bumi juga menerima momentum pecutan yang bertentangan dan sama dalam rangka gerak kerja graviti ini, namun, sudah tentu, ini tidak mempunyai kesan yang boleh diukur kerana jisim planet itu sendiri.

Tetapi bagaimana jika anda menggunakan prinsip yang sama, tetapi dengan sesuatu yang lebih besar daripada kapal angkasa? Sebagai contoh, asteroid yang sama pasti boleh mengubah trajektori mereka di bawah pengaruh graviti Bumi. Ya, pengaruh bersama satu kali pada orbit Bumi akan menjadi tidak penting, tetapi tindakan ini boleh diulang berkali-kali untuk akhirnya mengubah kedudukan orbit planet kita.

Kawasan tertentu sistem suria kita agak padat "dilengkapi" dengan banyak badan angkasa kecil, seperti asteroid dan komet, yang jisimnya cukup kecil untuk mendekatkan mereka ke planet kita menggunakan teknologi yang sesuai dan agak realistik dari segi pembangunan.

Dengan pengiraan trajektori yang sangat berhati-hati, agak mungkin untuk menggunakan kaedah yang dipanggil "delta-v-displacement", apabila jasad kecil boleh dialihkan dari orbitnya akibat pendekatan yang dekat dengan Bumi, yang akan memberikan momentum yang lebih besar kepada planet kita. Semua ini, tentu saja, terdengar sangat keren, tetapi kajian awal telah dijalankan yang menetapkan bahawa dalam kes ini kita memerlukan satu juta laluan asteroid yang begitu dekat, dan setiap daripada mereka mesti berlaku dalam selang beberapa ribu tahun, jika tidak, kita akan lewat pada masa itu apabila Matahari mengembang sehinggakan kehidupan di Bumi menjadi mustahil.

kesimpulan

Daripada semua pilihan yang diterangkan hari ini, menggunakan berbilang asteroid untuk bantuan graviti nampaknya paling realistik. Walau bagaimanapun, pada masa hadapan, penggunaan cahaya mungkin menjadi alternatif yang lebih sesuai, sudah tentu, jika kita belajar bagaimana untuk mencipta struktur kosmik gergasi atau sistem laser yang sangat berkuasa. Walau apa pun, teknologi ini mungkin juga berguna untuk penerokaan angkasa lepas kami.

Namun, walaupun terdapat kemungkinan teori dan kemungkinan kebolehlaksanaan praktikal pada masa hadapan, bagi kami, mungkin pilihan yang paling sesuai untuk keselamatan adalah penempatan semula ke planet lain, sebagai contoh, Marikh yang sama, yang boleh bertahan selepas kematian Matahari kita. Lagipun, manusia telah lama melihatnya sebagai rumah kedua yang berpotensi untuk tamadun kita. Dan jika anda juga mempertimbangkan betapa sukarnya untuk melaksanakan idea anjakan orbit Bumi, menjajah Marikh dan kemungkinan membentuknya untuk memberikan planet ini rupa yang lebih mudah dihuni mungkin tidak kelihatan seperti tugas yang sukar.