بعد از تغییر مداری زمین چه خواهد شد؟ نظر مهندس

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

در فیلم علمی تخیلی چینی سرزمین سرگردان که توسط نتفلیکس منتشر شده است، بشر با استفاده از موتورهای عظیم نصب شده در اطراف سیاره، تلاش می کند تا مدار زمین را تغییر دهد تا از تخریب آن توسط خورشید در حال مرگ و انبساط جلوگیری کند و همچنین از برخورد با مشتری جلوگیری کند… چنین سناریویی از آخرالزمان کیهانی ممکن است روزی واقعاً اتفاق بیفتد. در حدود 5 میلیارد سال، سوخت خورشید ما برای یک واکنش گرما هسته ای تمام می شود، منبسط می شود و به احتمال زیاد سیاره ما را می بلعد. البته، حتی زودتر همه ما به دلیل افزایش دمای جهانی خواهیم مرد، اما تغییر مدار زمین ممکن است در واقع راه حلی ضروری برای جلوگیری از یک فاجعه باشد، حداقل در تئوری.

اما چگونه بشریت می تواند با چنین وظیفه مهندسی بسیار پیچیده کنار بیاید؟ مهندس سیستم های فضایی ماتئو سریوتی از دانشگاه گلاسکو چندین سناریو احتمالی را در صفحات The Conversetion به اشتراک گذاشت.

فرض کنید وظیفه ما این است که مدار زمین را جابه جا کنیم، آن را از خورشید در حدود نیمی از فاصله از مکان فعلی اش دور کنیم، تا جایی که مریخ در حال حاضر قرار دارد. آژانس‌های فضایی پیشرو در سراسر جهان مدت‌هاست که ایده جابه‌جایی اجرام کوچک آسمانی (سیارک‌ها) از مدار خود را بررسی کرده و حتی روی آن کار می‌کنند، که در آینده به محافظت از زمین در برابر ضربه‌های خارجی کمک می‌کند. برخی از گزینه ها راه حل بسیار مخربی را ارائه می دهند: انفجار هسته ای در نزدیکی یا روی سیارک. استفاده از یک "ضربه جنبشی"، که نقش آن را، برای مثال، می‌توان توسط فضاپیمایی ایفا کرد که هدف آن برخورد با یک جسم با سرعت بالا برای تغییر مسیر آن است. اما تا آنجا که به زمین مربوط می شود، این گزینه ها به دلیل ماهیت مخرب خود مطمئناً کارساز نیستند.

در چارچوب رویکردهای دیگر، خروج سیارک‌ها از مسیر خطرناک با استفاده از فضاپیماهایی که به عنوان یدک‌کش عمل می‌کنند یا با کمک سفینه‌های فضایی بزرگ‌تر که به دلیل گرانش، جسم خطرناک را از زمین خارج می‌کنند، پیشنهاد می‌شود. باز هم، این با زمین کار نخواهد کرد، زیرا جرم اجسام کاملاً غیر قابل مقایسه خواهد بود.

موتورهای الکتریکی

احتمالاً همدیگر را خواهید دید، اما ما مدت زیادی است که زمین را از مدار خود خارج کرده ایم. هر بار که کاوشگر دیگری سیاره ما را برای مطالعه دیگر جهان‌های منظومه شمسی ترک می‌کند، موشک حاملی که آن را حمل می‌کند، یک تکانه کوچک (البته در مقیاس سیاره‌ای) ایجاد می‌کند و روی زمین عمل می‌کند و آن را در جهت مخالف حرکتش هل می‌دهد. به عنوان مثال، شلیک از یک سلاح و پس زدن ناشی از آن است. خوشبختانه برای ما (اما متأسفانه برای "برنامه جابجایی مدار زمین")، این اثر تقریباً برای سیاره نامرئی است.

در حال حاضر، پربازده ترین موشک در جهان، فالکون هوی آمریکایی اسپیس ایکس است. اما ما به حدود 300 کوینتیلیون پرتاب از این حامل ها با بار کامل نیاز داریم تا بتوانیم از روشی که در بالا توضیح داده شد برای حرکت مدار زمین به مریخ استفاده کنیم. علاوه بر این، جرم مواد مورد نیاز برای ساخت همه این موشک ها معادل 85 درصد جرم خود سیاره خواهد بود.

استفاده از موتورهای الکتریکی، به ویژه موتورهای یونی، که جریانی از ذرات باردار را آزاد می کنند و به دلیل آن شتاب رخ می دهد، راه موثرتری برای انتقال شتاب به جرم خواهد بود.و اگر چندین موتور از این قبیل را در یک طرف سیاره خود نصب کنیم، پیرزن زمینی ما واقعاً می تواند در منظومه شمسی سفر کند.

درست است، در این مورد، موتورهایی با ابعاد واقعا غول پیکر مورد نیاز خواهند بود. آنها باید در ارتفاع حدود 1000 کیلومتری از سطح دریا، خارج از جو زمین نصب شوند، اما در عین حال به طور ایمن روی سطح سیاره ثابت شوند تا نیروی هل دهنده به آن منتقل شود. علاوه بر این، حتی با پرتاب پرتو یونی با سرعت 40 کیلومتر در ثانیه در جهت مورد نظر، باز هم باید معادل 13 درصد از جرم زمین را به صورت ذرات یونی به بیرون پرتاب کنیم تا 87 درصد باقی مانده از جرم سیاره را جابجا کنیم.

بادبان سبک

از آنجایی که نور دارای تکانه است اما جرمی ندارد، می‌توانیم از یک پرتوی بسیار قدرتمند پیوسته و متمرکز نور، مانند لیزر، برای جابجایی سیاره استفاده کنیم. در این صورت، بدون استفاده از جرم خود زمین، می توان از انرژی خود خورشید استفاده کرد. اما حتی با وجود یک سیستم لیزر فوق‌العاده قدرتمند ۱۰۰ گیگاواتی که قرار است در پروژه پیک‌تروشت Starshot استفاده شود، که در آن دانشمندان می‌خواهند یک کاوشگر فضایی کوچک را با استفاده از پرتو لیزر به نزدیک‌ترین ستاره به منظومه بفرستند، ما به سه دستگاه لیزر نیاز خواهیم داشت. کوئنتیلیون سال پالس لیزری پیوسته برای رسیدن به هدف معکوس مدار ما.

نور خورشید می تواند مستقیماً از یک بادبان غول پیکر خورشیدی که در فضا باشد اما به زمین لنگر انداخته است منعکس شود. به عنوان بخشی از تحقیقات گذشته، دانشمندان دریافته‌اند که برای این کار باید یک صفحه بازتابنده 19 برابر قطر سیاره ما وجود داشته باشد. اما در این صورت برای رسیدن به نتیجه باید حدود یک میلیارد سال صبر کرد.

بیلیارد بین سیاره ای

یکی دیگر از گزینه های احتمالی برای حذف زمین از مدار فعلی، روش معروف مبادله تکانه بین دو جسم دوار برای تغییر شتاب آنها است. این تکنیک به عنوان کمک گرانشی نیز شناخته می شود. این روش اغلب در مأموریت های تحقیقاتی بین سیاره ای استفاده می شود. به عنوان مثال، فضاپیمای روزتا که از دنباله‌دار 67P در سال‌های 2014-2016 بازدید کرد، به عنوان بخشی از سفر ده ساله خود به هدف مورد مطالعه، دو بار در سال‌های 2005 و 2007 از کمک گرانشی در اطراف زمین استفاده کرد.

در نتیجه، میدان گرانشی زمین هر بار شتاب فزاینده‌ای به روزتا می‌داد، که دستیابی به آن تنها با استفاده از موتورهای خود دستگاه غیرممکن بود. زمین نیز در چارچوب این مانورهای گرانشی شتاب متضاد و مساوی دریافت کرد، البته این امر به دلیل جرم خود سیاره هیچ اثر قابل اندازه گیری نداشت.

اما اگر از همان اصل استفاده کنید، اما با چیزی پرجرمتر از یک فضاپیما چه؟ به عنوان مثال، همان سیارک ها مطمئناً تحت تأثیر گرانش زمین می توانند مسیر حرکت خود را تغییر دهند. بله، یک بار تاثیر متقابل بر مدار زمین ناچیز خواهد بود، اما این عمل می تواند بارها تکرار شود تا در نهایت موقعیت مدار سیاره ما تغییر کند.

مناطق خاصی از منظومه شمسی ما کاملاً متراکم با بسیاری از اجرام آسمانی کوچک مانند سیارک ها و دنباله دارها "مجهز" هستند که جرم آنها به اندازه ای کوچک است که با استفاده از فناوری های مناسب و کاملاً واقع بینانه از نظر توسعه، آنها را به سیاره ما نزدیکتر کند.

با محاسبه بسیار دقیق مسیر، می توان از روش موسوم به "جابجایی دلتا-v-" استفاده کرد، زمانی که یک جسم کوچک می تواند در نتیجه نزدیک شدن به زمین از مدار خود جابجا شود، که در نتیجه نزدیک شدن به زمین امکان پذیر است. حرکت بسیار بیشتری را برای سیاره ما فراهم خواهد کرد. البته همه اینها بسیار جالب به نظر می رسد، اما مطالعات قبلی انجام شده است که نشان می دهد در این مورد ما به یک میلیون گذرگاه سیارکی نزدیک نیاز خواهیم داشت و هر یک از آنها باید در فاصله چند هزار سال رخ دهد، در غیر این صورت ما خواهیم بود. اواخر در آن زمان که خورشید به قدری منبسط می شود که زندگی روی زمین غیرممکن می شود.

نتیجه گیری

از میان تمام گزینه‌هایی که امروز توضیح داده شد، استفاده از چندین سیارک برای کمک گرانش واقعی‌ترین به نظر می‌رسد.با این حال، در آینده، استفاده از نور ممکن است جایگزین مناسب تری شود، البته اگر یاد بگیریم که چگونه ساختارهای کیهانی غول پیکر یا سیستم های لیزری فوق العاده قدرتمند ایجاد کنیم. در هر صورت، این فناوری ها ممکن است برای اکتشافات فضایی آینده ما نیز مفید باشند.

و با این حال، علیرغم امکان نظری و احتمال امکان‌سنجی عملی در آینده، برای ما، شاید مناسب‌ترین گزینه برای رستگاری، اسکان مجدد در سیاره دیگری، به عنوان مثال، همان مریخ باشد، که می‌تواند از مرگ خورشید ما جان سالم به در ببرد. از این گذشته، بشریت مدتهاست که به آن به عنوان خانه دوم بالقوه تمدن ما نگاه می کند. و اگر همچنین در نظر بگیرید که اجرای ایده جابجایی مدار زمین چقدر دشوار خواهد بود، استعمار مریخ و امکان شکل‌دهی زمینی آن برای ایجاد ظاهری قابل سکونت به این سیاره ممکن است کار دشواری به نظر نرسد.