Technology

Чи можна змістити орбіту Землі? І головне, навіщо це робити?

У новому китайському науково-фантастичному фільмі«Блукаюча Земля», недавно випущеному компанією Netflix, людство, використовуючи величезні двигуни, встановлені по всій планеті, робить спробу змінити орбіту Землі, щоб уникнути її знищення під впливом гине і розширюється Сонця, а також для запобігання зіткнення з Юпітером. Такий сценарій космічного апокаліпсису одного разу може насправді статися. Приблизно через 5 мільярдів років у нашого Сонця закінчиться паливо для термоядерної реакції, воно розшириться і, найімовірніше, поглине нашу планету. Звичайно, ще раніше ми всі загинемо від глобального підвищення температури, однак зміна орбіти Землі дійсно може бути потрібним рішенням уникнути катастрофи, принаймні в теорії.

Але як людство зможе впоратися з такоюнадскладної інженерним завданням? Інженер космічних систем Маттео Черіотті з Університету Глазго поділився на сторінках порталу The Conversetion декількома варіантами можливих сценаріїв.

Припустимо, що наше завдання полягає в тому, щобзмістити орбіту Землі, віддаливши її від Сонця приблизно на половину відстані від її поточного розташування, приблизно туди, де зараз знаходиться Марс. Провідні космічні агентства по всьому світу вже давно розглядають і навіть опрацьовують ідеї зміщення малих небесних тіл (астероїдів) з їх орбіт, що в перспективі дозволить захистити Землю від зовнішніх ударів. Деякі варіанти пропонують вельми деструктивний рішення: ядерний вибух поряд з астероїдом або на його поверхні; використання «кінетичного імпактора», роль якого, наприклад, може зіграти космічний апарат, спрямований на зіткнення з об'єктом на високій швидкості для зміни його траєкторії. Але, що стосується Землі, ці варіанти, звичайно ж не підійдуть через свою руйнівну природи.

В рамах інших підходів пропонується відвестиастероїди з небезпечної траєкторії за допомогою космічних апаратів, які будуть виконувати роль буксирів, або ж за допомогою більших космічних кораблів, які за рахунок своєї гравітації будуть відводити небезпечний об'єкт від Землі. З Землею, знову ж таки, таке не прокотить, оскільки маса об'єктів буде абсолютно непорівнянна.

електричні двигуни

Ви напевно побачитеся, але ми вже давно зміщуємоЗемлю зі своєї орбіти. Кожен раз, коли нашу планету залишає черговий зонд для вивчення інших світів Сонячної системи, що несе його ракета-носій створює крихітний (в масштабах планети звичайно) імпульс і впливає їм на Землю, штовхаючи її в протилежне її руху напрямок. Як приклад можна привести постріл зі зброї і що створюється в результаті нього віддачу. На щастя для нас (але на жаль для нашого «плану щодо зміщення орбіти Землі») цей ефект для планети практично непомітний.

На даний момент самої високопродуктивноїракетою в світі є американська Falcon Heavy від компанії SpaceX. Але нам потрібно близько 300 квінтильйонів запусків цих носіїв з повним навантаженням, щоб за допомогою вище описаного методу відсунути орбіту Землі до Марса. При цьому маса матеріалів, необхідних для створення всіх цих ракет буде еквівалентна 85 відсоткам маси самої планети.

Використання електричних двигунів, вЗокрема іонних, що випускають потік заряджених частинок, за рахунок чого відбувається прискорення, буде більш ефективним спосіб додання прискорення масі. І якщо встановити кілька таких двигунів з одного боку нашої планети, наша бабуся-Земля дійсно може відправитися в подорож по Сонячній системі.

Правда, в цьому випадку будуть потрібні двигунипо-справжньому велетенських розмірів. Їх потрібно буде встановити на висоті близько 1000 кілометрів над рівнем моря, за межами земної атмосфери, але при цьому надійно закріпити до поверхні планети, щоб можна було передавати їй штовхає зусилля. Крім того, навіть з іонним променем, що викидаються зі швидкістю 40 кілометрів на секунду в потрібному напрямку, нам все ще потрібно буде викинути еквівалент 13 відсотків маси Землі у вигляді іонних частинок, щоб зрушити залишилися 87 відсотків маси планети.

світловий вітрило

Так як світло несе імпульс, але не має маси, митакож може використовувати для усунення планети дуже потужний тривалий і сфокусований промінь світла, наприклад, лазера. В цьому випадку можна буде використовувати енергію самого Сонця, ніяким чином не використовуючи масу самої Землі. Але навіть при наявності неймовірно потужної 100-гігаватного лазерної установки, яку планується задіяти в проекті Breakthrough Starshot, в рамках якого за допомогою лазерного променя вчені хочуть відправити маленький космічний зонд до найближчої до нашої системи зірці, нам буде потрібно три квінтильйони років тривалого лазерного імпульсу для того , щоб досягти нашої мети зі зміни орбіти.

Сонячне світло можна відображати безпосередньо відгігантського сонячного вітрила, який буде знаходитися в космосі, але закріплений на Землі. В рамках минулих досліджень вчені з'ясували, що для цього буде потрібно відображає диск розміром в 19 разів більше діаметру нашої планети. Але і в цьому випадку для досягнення результату доведеться чекати близько одного мільярда років.

міжпланетний більярд

Іншим можливим варіантом відведення Землі з їїпоточної орбіти може стати добре відомий метод обміну імпульсами між двома обертовими тілами для зміни їх прискорення. Цей метод також відомий як гравітаційний маневр. Цей метод досить часто застосовується в рамках міжпланетних дослідницьких місій. Наприклад, космічний апарат "Розетта", який відвідав комету 67P в 2014-2016 роках в рамках свого десятирічного подорожі до об'єкта дослідження використовував гравітаційний маневр навколо Землі двічі, в 2005 і в 2007 роках.

Як результат, гравітаційне поле Землі коженраз надавало підвищену прискорення «Розетті», що було б неможливо досягти з використанням одних лише двигунів самого апарату. Земля в рамках цих гравітаційних маневрів теж отримувала протилежний і рівний імпульс прискорення, проте, звичайно ж, це не мало ніякого вимірного ефекту через маси самої планети.

А що якщо використовувати той же самий принцип, алез чимось більш потужним, ніж космічний апарат? Наприклад, ті ж астероїди безумовно можуть змінювати свої траєкторії під дією гравітації Землі. Так, разове взаємний вплив на орбіту Землі буде незначним, але ж це дію можна повторювати безліч разів, щоб в кінцевому підсумку змінити положення орбіти нашої планети.
Деякі області нашої Сонячної системидосить щільно «укомплектовані» безліччю малих небесних тіл, таких як астероїди і комети, маса яких досить мала для того, щоб притягнути їх ближче до нашої планети за допомогою відповідних та цілком реалістичних в плані розробки технологій.

При дуже ретельному прорахунку траєкторії цілкомможливо використовувати так званий метод «дельта-v-зміщення», коли невелике тіло може бути зміщений зі своєї орбіти в результаті сильного зближення із Землею, що забезпечить набагато більший імпульс нашій планеті. Все це, звичайно, звучить дуже круто, але раніше проводилися дослідження, які встановили, що в цьому випадку нам буде потрібно мільйон таких близьких прольотів астероїдів, при цьому кожен з них повинен відбуватися в проміжку кількох тисяч років, в іншому випадку ми встигнемо до того моменту , коли Сонце розшириться настільки, що життя на Землі стане вже неможливою.

висновки

З усіх описаних сьогодні варіантів використаннябезлічі астероїдів для гравітаційного маневру здається найбільш реалістичним. Однак в майбутньому використання світла може стати більш підходящою альтернативою, звичайно, якщо ми навчимося створювати гігантські космічні структури або надпотужні лазерні системи. У будь-якому випадку ці технології також можуть стати в нагоді і для наших майбутніх космічних досліджень.

І все ж, незважаючи на теоретичну можливість іймовірність практичної можливості бути реалізованим в майбутньому, для нас, можливо, найбільш підходящим варіантом порятунку стане переселення на іншу планету, наприклад, той же Марс, який може пережити загибель нашого Сонця. Зрештою людство вже давно на нього задивляється в якості потенційного другого будинку для нашої цивілізації. А якщо ще й врахувати, наскільки складно буде реалізувати ідею зміщення орбіти Землі, колонізація Марса і можливість його терраформирования для додання планеті більш жилого зовнішнього вигляду може виглядати не такою вже й складним завданням.

Обговорити статтю можна в нашому Telegram-чаті.