تكنولوجيا

هل من الممكن أن يغير مدار الأرض؟ والأهم من ذلك ، لماذا تفعل هذا؟

في فيلم الخيال العلمي الصيني الجديدتحاول "الأرض المتجولة" ، التي أصدرتها Netflix مؤخرًا ، باستخدام محركات ضخمة مثبتة في جميع أنحاء الكوكب ، تغيير مدار الأرض لتفادي تدميره تحت تأثير الشمس الميتة والممتدة ، وكذلك لمنع الاصطدام مع كوكب المشتري. مثل سيناريو نهاية العالم الكوني قد يحدث يومًا ما. بعد حوالي 5 مليارات سنة ، سوف تنفد شمسنا من الوقود لتفاعل نووي حراري ، وسوف تتوسع وعلى الأرجح تمتص كوكبنا. بالطبع ، حتى قبل الأوان سنموت جميعًا بسبب الارتفاع العالمي في درجة الحرارة ، لكن التغيير في مدار الأرض قد يكون بالفعل حلاً ضروريًا لتجنب وقوع كارثة ، نظريًا على الأقل.

ولكن كيف يمكن للبشرية التعامل مع مثل هذاالتحدي الهندسي السوبر صعبة؟ شارك ماتيو شيريوتي ، مهندس أنظمة الفضاء من جامعة غلاسكو ، العديد من السيناريوهات على صفحات بوابة التحويل.

لنفترض أن مهمتنا هيقم بنقل مدار الأرض بعيدًا عن الشمس بحوالي نصف المسافة من موقعه الحالي ، حول مكان المريخ الآن. لطالما نظرت وكالات الفضاء الرائدة حول العالم ، بل إنها تعمل على وضع أفكار لتهجير الأجرام السماوية الصغيرة (الكويكبات) من مداراتها ، مما سيساعد على المدى الطويل في حماية الأرض من التأثيرات الخارجية. تقدم بعض الخيارات حلاً مدمراً للغاية: انفجار نووي بالقرب من الكويكب أو على سطحه ؛ استخدام "المستجيب الحركي" ، الذي يمكن أن يؤديه ، على سبيل المثال ، بواسطة مركبة فضائية تهدف إلى التصادم مع جسم بسرعة عالية لتغيير مساره. ولكن ، بالنسبة إلى الأرض ، لن تنجح هذه الخيارات ، بطبيعة الحال ، بسبب طبيعتها المدمرة.

في إطار النهج الأخرى ، يُقترح التحويلالكويكبات ذات المسار الخطير باستخدام مركبة فضائية تؤدي دور القاطرات ، أو باستخدام مركبة فضائية أكبر ، والتي بسبب جاذبيتها ستحول الجسم الخطير عن الأرض. مع الأرض ، مرة أخرى ، هذا لا يحدث ، لأن كتلة الكائنات ستكون لا تضاهى تمامًا.

المحركات الكهربائية

من المحتمل أن ترى بعضنا البعض ، لكننا نتحرك لفترة طويلة.الأرض من مدارها. في كل مرة يغادر فيها كوكبنا مسبارًا آخر لاستكشاف عوالم أخرى من النظام الشمسي ، يخلق صاروخ حامله حافزًا صغيرًا (على نطاق الكوكب بالطبع) ويعمل على الأرض ، ويدفعه في الاتجاه المعاكس لحركته. مثال على ذلك هو لقطة من سلاح والارتداد الذي تم إنشاؤه نتيجة لذلك. لحسن الحظ بالنسبة لنا (ولكن لسوء الحظ بالنسبة إلى "خطتنا لتغيير مدار الأرض") ، فإن هذا التأثير بالنسبة للكوكب غير محسوس تقريبًا.

حاليا الأكثر أداءصاروخ في العالم هو الصقر الأمريكي الثقيلة من شركة SpaceX. لكننا سنحتاج إلى حوالي 300 مليون إطلاق من هذه الناقلات ذات حمولة كاملة من أجل نقل مدار الأرض إلى المريخ باستخدام الطريقة الموضحة أعلاه. في هذه الحالة ، فإن كتلة المواد اللازمة لإنشاء كل هذه الصواريخ سوف تعادل 85 في المئة من كتلة الكوكب نفسه.

استخدام المحركات الكهربائية ، فيعلى وجه الخصوص ، أيوني ، إطلاق تيار من الجسيمات المشحونة ، بسبب حدوث تسارع ، سيكون هناك طريقة أكثر فعالية لنقل التسارع إلى الكتلة. وإذا قمت بتثبيت العديد من هذه المحركات على جانب واحد من كوكبنا ، فيمكن لأرضنا القديمة أن تذهب في رحلة عبر النظام الشمسي.

ومع ذلك ، في هذه الحالة ستكون هناك حاجة المحركات.أحجام هائلة حقا. سوف تحتاج إلى تركيبها على ارتفاع حوالي 1000 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر ، خارج الغلاف الجوي للأرض ، ولكن في نفس الوقت يتم تثبيتها بشكل آمن على سطح الكوكب حتى يتمكن من إرسال قوة دفع إليه. بالإضافة إلى ذلك ، حتى مع شعاع الأيونات المنبعثة من سرعة 40 كم في الثانية في الاتجاه الصحيح ، ما زلنا بحاجة لطرد ما يعادل 13 في المئة من كتلة الأرض في شكل جزيئات أيونية من أجل تحويل ما تبقى من 87 في المئة من كتلة الكوكب.

الشراع الخفيف

لأن الضوء يحمل الزخم ، ولكن ليس له كتلة ، نحنيمكنه أيضًا استخدام حزمة ضوئية قوية جدًا طويلة الأمد ومركزة ، مثل الليزر ، لتحل محل الكوكب. في هذه الحالة ، سيكون من الممكن استخدام طاقة الشمس نفسها ، دون استخدام كتلة الأرض نفسها. ولكن حتى مع وجود نظام ليزر قوي بقوة 100 جيجاوات ، والذي من المقرر استخدامه في مشروع Breakthrough Starshot ، والذي يستخدم فيه العلماء حزمة ليزر لإرسال مسبار صغير إلى النجم الأقرب إلى نظامنا ، فإننا سنحتاج إلى ثلاثة ملايين من نبضات الليزر المستمرة من أجل من أجل تحقيق هدفنا المتمثل في تغيير المدار.

يمكن أن تنعكس أشعة الشمس مباشرة منالشراع الشمسي العملاق ، الذي سيكون في الفضاء ، ولكن ثابتة على الأرض. كجزء من الأبحاث السابقة ، وجد العلماء أن هذا سيتطلب قرصًا عاكسًا أكبر من قطر كوكبنا بمقدار 19 مرة. ولكن في هذه الحالة ، من أجل تحقيق النتيجة ، يجب عليك الانتظار لمدة مليار سنة.

البلياردو بين الكواكب

خيار آخر ممكن لإزالة الأرض منيمكن أن يكون المدار الحالي طريقة معروفة لتبادل البقول بين جسمين دائرين لتغيير تسارعهما. تُعرف هذه الطريقة أيضًا باسم مناورة الجاذبية. وغالبًا ما تستخدم هذه الطريقة في مهام الأبحاث بين الكواكب. على سبيل المثال ، استخدمت مركبة الفضاء Rosetta ، التي زارت المذنب 67P في 2014-2016 كجزء من رحلتها التي استغرقت عشر سنوات إلى موضوع الدراسة ، مناورة الجاذبية حول الأرض مرتين ، في عام 2005 وعام 2007.

ونتيجة لذلك ، كل حقل الجاذبية للأرضأعطى فقط تسارع متزايد "Rosette" ، والذي سيكون من المستحيل تحقيقه باستخدام محركات الجهاز نفسه فقط. تلقت الأرض ، في إطار هذه المناورات الجاذبية ، أيضًا زخمًا معاكسًا ومتساويًا للتسارع ، ولكن ، بالطبع ، لم يكن لهذا تأثير ملموس بسبب كتلة الكوكب نفسه.

وماذا لو كنت تستخدم نفس المبدأ ، ولكنمع شيء أكثر ضخامة من مركبة فضائية؟ على سبيل المثال ، يمكن للكويكبات نفسها أن تغير مساراتها بالتأكيد تحت تأثير جاذبية الأرض. نعم ، لن يكون للتأثير المتبادل لمرة واحدة على مدار الأرض أهمية تذكر ، ولكن يمكن تكرار هذا الإجراء عدة مرات لتغيير موقع مدار كوكبنا في نهاية المطاف.
بعض المناطق من نظامنا الشمسيبالأحرى "مزود" بالكثير من الأجرام السماوية الصغيرة ، مثل الكويكبات والمذنبات ، وكتلتها صغيرة بما يكفي لتقريبها من كوكبنا بمساعدة ملائمة وواقعية من حيث تطوير التكنولوجيا.

مع حساب دقيق للغاية للمسار هو تمامامن الممكن استخدام ما يسمى طريقة "delta-v-displacement" ، عندما يمكن إزاحة جسد صغير من مداره نتيجة لنهج قريب من الأرض ، مما سيوفر زخمًا أكبر بكثير لكوكبنا. كل هذا ، بالطبع ، يبدو رائعًا للغاية ، ولكن تم إجراء دراسات سابقة ، والتي أثبتت أننا في هذه الحالة سنحتاج إلى مليون من هذه الكويكبات القريبة ، ويجب أن يحدث كل منها في غضون عدة آلاف من السنين ، وإلا فإننا سنكون متأخرين بحلول تلك اللحظة عندما تتوسع الشمس لدرجة أن الحياة على الأرض سوف تصبح مستحيلة.

النتائج

من بين جميع الخيارات الموصوفة اليوم استخداممجموعات من الكويكبات للمناورة الجاذبية يبدو الأكثر واقعية. ومع ذلك ، في المستقبل ، قد يصبح استخدام الضوء بديلاً أكثر ملاءمة ، بطبيعة الحال ، إذا تعلمنا إنشاء هياكل كونية عملاقة أو أنظمة ليزر فائقة القوة. في أي حال ، يمكن أن تكون هذه التقنيات مفيدة أيضًا لأبحاث الفضاء المستقبلية.

وحتى الآن ، على الرغم من الاحتمال النظري واحتمال تحقيق عملي في المستقبل ، بالنسبة لنا ، ربما ، فإن الخيار الأنسب للخلاص هو الانتقال إلى كوكب آخر ، على سبيل المثال ، المريخ نفسه ، الذي يمكن أن ينجو من موت شمسنا. في النهاية ، لطالما نظرنا إلى الإنسانية على أنها موطن ثان محتمل لحضارتنا. وإذا كنت تفكر أيضًا في مدى صعوبة إدراك فكرة تغيير مدار الأرض ، فإن استعمار المريخ وإمكانية إعادة تشكيله لمنح الكوكب مظهرًا صالحًا للسكن قد لا يبدو صعباً للغاية.

يمكنك مناقشة المقال في Telegram-chat.