Wat zal er van de aarde worden na de baanverschuiving? Ingenieursmening

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

In de Chinese sciencefictionfilm Wandering Earth, 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 vernietiging door de stervende en uitdijende zon te voorkomen, evenals om een botsing met Jupiter te voorkomen… Zo'n scenario van een kosmische apocalyps kan ooit echt gebeuren. Over ongeveer 5 miljard jaar zal onze zon geen brandstof meer hebben voor een thermonucleaire reactie, hij zal uitzetten en hoogstwaarschijnlijk onze planeet opslokken. Natuurlijk zullen we nog eerder sterven door een wereldwijde temperatuurstijging, maar het veranderen van de baan van de aarde kan inderdaad een noodzakelijke oplossing zijn om een catastrofe te voorkomen, althans in theorie.

Maar hoe kan de mensheid omgaan met zo'n uiterst complexe technische taak? Ruimtesysteemingenieur Matteo Ceriotti van de Universiteit van Glasgow deelde verschillende mogelijke scenario's 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 bewegen tot ongeveer waar Mars nu is. Toonaangevende ruimteagentschappen over de hele wereld hebben lang nagedacht 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 of op de asteroïde; het gebruik van een "kinetisch botslichaam", waarvan de rol bijvoorbeeld kan worden gespeeld door een ruimtevaartuig dat met hoge snelheid op een object moet botsen om zijn baan te veranderen. Maar wat de aarde betreft, zullen deze opties zeker niet werken vanwege hun destructieve aard.

In het kader van andere benaderingen wordt voorgesteld om asteroïden uit een gevaarlijk traject terug te trekken met behulp van ruimtevaartuigen, die als sleepboten zullen fungeren, of met behulp van grotere ruimteschepen, die vanwege hun zwaartekracht het gevaarlijke 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

Jullie zullen elkaar vast nog wel zien, maar we verplaatsen de aarde al heel lang uit onze baan. Elke keer dat een andere sonde onze planeet verlaat om andere werelden van het zonnestelsel te bestuderen, creëert de draagraket die hem draagt een kleine (op planetaire schaal natuurlijk) impuls en werkt op de aarde, waardoor deze in de richting tegengesteld aan zijn beweging wordt geduwd. 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 verplaatsen"), is dit effect bijna onzichtbaar voor de planeet.

Op dit moment is de meest krachtige raket ter wereld de Amerikaanse Falcon Heavy van SpaceX. Maar we zullen ongeveer 300 triljoen lanceringen van deze dragers op volle belasting nodig hebben om de hierboven beschreven methode te gebruiken om de baan van de aarde naar Mars te verplaatsen. Bovendien zal de massa aan materialen die nodig is om al deze raketten te maken gelijk zijn aan 85 procent van de massa van de planeet zelf.

Het gebruik van elektromotoren, met name ionische, die een stroom geladen deeltjes afgeven, waardoor versnelling optreedt, zal een effectievere manier zijn om versnelling aan de 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 werkelijk gigantische afmetingen nodig. Ze moeten worden geïnstalleerd op een hoogte van ongeveer 1000 kilometer boven zeeniveau, buiten de atmosfeer van de aarde, maar tegelijkertijd stevig vastgemaakt aan het oppervlak van de planeet, zodat er een duwende kracht op kan worden overgedragen. Bovendien, zelfs met een ionenstraal die met 40 kilometer per seconde in de gewenste richting wordt uitgestoten, moeten we nog steeds het equivalent van 13 procent van de massa van de aarde als iondeeltjes uitstoten om de resterende 87 procent van de massa van de planeet te verplaatsen.

licht zeil

Omdat licht momentum heeft maar geen massa heeft, kunnen we ook een zeer krachtige continue en gerichte lichtstraal gebruiken, zoals een laser, om de planeet te verplaatsen. In dit geval zal het mogelijk zijn om de energie van de zon zelf te gebruiken, zonder op enigerlei wijze de massa van de aarde zelf te gebruiken. Maar zelfs met een ongelooflijk krachtig lasersysteem van 100 gigawatt, dat naar verwachting zal worden gebruikt in het Peakthrough Starshot-project, waarin wetenschappers een kleine ruimtesonde met behulp van een laserstraal naar de dichtstbijzijnde ster naar ons systeem willen sturen, hebben we er drie nodig. triljoen jaar continue laserpuls om ons doel om de baan om te keren te bereiken.

Zonlicht kan direct worden weerkaatst door een gigantisch zonnezeil dat in de ruimte zal zijn maar verankerd aan de aarde. Als onderdeel 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 verwijderen, is de bekende methode om momentum tussen twee roterende lichamen uit te wisselen om hun versnelling te veranderen. Deze techniek wordt ook wel zwaartekrachthulp genoemd. Deze methode wordt vaak gebruikt bij interplanetaire onderzoeksmissies. Het Rosetta-ruimtevaartuig dat komeet 67P in 2014-2016 bezocht, als onderdeel van zijn tienjarige reis naar het object van studie, gebruikte bijvoorbeeld twee keer zwaartekracht rond de aarde, in 2005 en in 2007.

Als gevolg hiervan zorgde het zwaartekrachtveld van de aarde telkens voor een grotere versnelling van de Rosetta, wat onmogelijk zou zijn geweest met het gebruik van alleen de motoren van het apparaat zelf. De aarde kreeg ook een tegengesteld en gelijk versnellingsmoment binnen het kader van deze zwaartekrachtmanoeuvres, maar dit had natuurlijk geen meetbaar effect vanwege de massa van de planeet zelf.

Maar wat als je hetzelfde principe gebruikt, maar met iets dat massiever is dan een ruimtevaartuig? Dezelfde asteroïden kunnen bijvoorbeeld zeker van baan veranderen onder invloed van de zwaartekracht van de aarde. Ja, een 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 regio's van ons zonnestelsel zijn vrij dicht "uitgerust" met veel 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 vrij realistische technologieën in termen van ontwikkeling.

Met een zeer zorgvuldige berekening van het traject is het heel goed mogelijk om de zogenaamde "delta-v-displacement"-methode te gebruiken, wanneer een klein lichaam uit zijn baan kan worden verplaatst als gevolg van een dichte nadering van de aarde, die zal onze planeet een veel grotere impuls geven. Dit klinkt natuurlijk allemaal erg cool, maar er zijn eerdere studies uitgevoerd waaruit bleek dat we in dit geval een miljoen van zulke nauwe asteroïdepassages nodig zouden hebben, en elk van hen moet plaatsvinden met een interval van enkele duizenden jaren, anders zullen we laat tegen die tijd dat de zon zo veel uitzet dat leven op aarde onmogelijk wordt.

conclusies

Van alle opties die vandaag worden beschreven, lijkt het gebruik van meerdere asteroïden voor zwaartekrachtondersteuning 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 maken. In ieder geval kunnen deze technologieën ook nuttig zijn voor onze toekomstige ruimteverkenning.

En toch, ondanks de theoretische mogelijkheid en de waarschijnlijkheid van praktische haalbaarheid in de toekomst, zou voor ons misschien de meest geschikte optie voor redding zijn om zich te vestigen 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 terravormen om de planeet een meer bewoonbaar uiterlijk te geven.