Co se stane se Zemí po posunu orbity? Pohled inženýra

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

V čínském sci-fi filmu Wandering Earth, vydaném Netflixem, se lidstvo pomocí obrovských motorů instalovaných kolem planety pokouší změnit oběžnou dráhu Země, aby se vyhnulo jejímu zničení umírajícím a rozpínajícím se Sluncem, a také aby zabránilo srážce s Jupiterem… K takovému scénáři kosmické apokalypsy může jednoho dne skutečně dojít. Zhruba za 5 miliard let našemu slunci dojde palivo pro termonukleární reakci, roztáhne se a s největší pravděpodobností pohltí naši planetu. Samozřejmě ještě dříve všichni zemřeme na globální nárůst teploty, ale změna oběžné dráhy Země může být skutečně nezbytným řešením, jak se vyhnout katastrofě, alespoň teoreticky.

Ale jak se lidstvo může vyrovnat s tak extrémně složitým inženýrským úkolem? Inženýr vesmírných systémů Matteo Ceriotti z University of Glasgow sdílel na stránkách The Conversetion několik možných scénářů.

Předpokládejme, že naším úkolem je přemístit oběžnou dráhu Země a posunout ji od Slunce asi o polovinu vzdálenosti od jejího současného umístění, přibližně tam, kde je nyní Mars. Přední vesmírné agentury po celém světě již dlouho zvažují a dokonce pracují na myšlence vytěsnění malých nebeských těles (asteroidů) z jejich drah, což v budoucnu pomůže chránit Zemi před vnějšími dopady. Některé možnosti nabízejí vysoce destruktivní řešení: jaderný výbuch v blízkosti nebo na asteroidu; použití „kinetického impaktoru“, jehož roli může sehrát například kosmická loď zaměřená na srážku s objektem vysokou rychlostí, aby změnila jeho trajektorii. Ale pokud jde o Zemi, tyto možnosti pro svou destruktivní povahu určitě nebudou fungovat.

V rámci jiných přístupů je navrženo stažení asteroidů z nebezpečné trajektorie pomocí kosmických lodí, které budou fungovat jako tahače, nebo pomocí větších kosmických lodí, které svou gravitací stahují nebezpečný objekt ze Země. Opět to nebude fungovat se Zemí, protože hmotnost objektů bude zcela nesrovnatelná.

Elektromotory

Pravděpodobně se uvidíte, ale Zemi vytlačujeme z oběžné dráhy již delší dobu. Pokaždé, když jiná sonda opustí naši planetu, aby studovala jiné světy sluneční soustavy, nosná raketa, která ji nese, vytvoří nepatrný (samozřejmě v planetárním měřítku) impuls a působí na Zemi a tlačí ji v opačném směru, než je její pohyb. Příkladem je výstřel ze zbraně a z toho vyplývající zpětný ráz. Naštěstí pro nás (ale bohužel pro náš „plán na vytěsnění oběžné dráhy Země“) je tento efekt pro planetu téměř neviditelný.

V současnosti je nejvýkonnější raketou na světě americký Falcon Heavy od SpaceX. Ale budeme potřebovat asi 300 kvintilionů startů těchto nosičů při plném zatížení, abychom mohli použít výše popsanou metodu k přesunu zemské oběžné dráhy k Marsu. Navíc množství materiálů potřebných k vytvoření všech těchto raket bude ekvivalentní 85 procentům hmotnosti samotné planety.

Efektivnějším způsobem udělování zrychlení hmotě bude použití elektromotorů, zejména iontových, které uvolňují proud nabitých částic, díky čemuž dochází ke zrychlení. A pokud nainstalujeme několik takových motorů na jednu stranu naší planety, naše stará pozemská žena se skutečně může vydat na cestu sluneční soustavou.

Je pravda, že v tomto případě budou vyžadovány motory skutečně gigantických rozměrů. Budou muset být instalovány ve výšce kolem 1000 kilometrů nad mořem, mimo zemskou atmosféru, ale zároveň bezpečně připevněny k povrchu planety, aby na ni mohla být přenášena tlačná síla. Navíc, i když je iontový paprsek vyvržen rychlostí 40 kilometrů za sekundu v požadovaném směru, stále potřebujeme vyvrhnout ekvivalent 13 procent hmotnosti Země jako iontové částice, abychom přesunuli zbývajících 87 procent hmotnosti planety.

Lehká plachta

Protože světlo nese hybnost, ale nemá žádnou hmotnost, můžeme k přemístění planety použít také velmi silný kontinuální a soustředěný paprsek světla, jako je laser. V tomto případě bude možné využít energii samotného Slunce, aniž by se jakkoli využila hmotnost samotné Země. Ale i s neuvěřitelně výkonným 100gigawattovým laserovým systémem, který se plánuje použít v projektu peakthrough Starshot, v němž vědci chtějí pomocí laserového paprsku poslat malou vesmírnou sondu k nejbližší hvězdě našeho systému, budeme potřebovat tři kvintilión let nepřetržitého laserového pulsu, abychom splnili náš cíl obrácení oběžné dráhy.

Sluneční světlo se může odrážet přímo od obří sluneční plachty, která bude ve vesmíru, ale bude ukotvena k Zemi. V rámci minulého výzkumu vědci zjistili, že by to vyžadovalo reflexní kotouč o průměru 19krát větším, než je průměr naší planety. Ale v tomto případě, abyste dosáhli výsledku, budete muset počkat asi jednu miliardu let.

Meziplanetární kulečník

Další možnou možností, jak odstranit Zemi z její současné oběžné dráhy, je známá metoda výměny hybnosti mezi dvěma rotujícími tělesy za účelem změny jejich zrychlení. Tato technika je také známá jako gravitace. Tato metoda se často používá při meziplanetárních výzkumných misích. Například sonda Rosetta, která v letech 2014-2016 navštívila kometu 67P, v rámci své desetileté cesty k objektu studia, použila gravitační asistenci kolem Země dvakrát, v roce 2005 a v roce 2007.

V důsledku toho gravitační pole Země pokaždé udělilo Rosettě zvýšené zrychlení, kterého by nebylo možné dosáhnout pouze s použitím motorů samotného zařízení. Země v rámci těchto gravitačních manévrů dostala i opačnou a stejnou zrychlovací hybnost, to však samozřejmě vzhledem k hmotnosti planety nemělo žádný měřitelný efekt.

Ale co když použijete stejný princip, ale s něčím masivnějším než vesmírná loď? Stejné asteroidy mohou například zcela jistě měnit své trajektorie pod vlivem zemské gravitace. Ano, jednorázový vzájemný vliv na oběžnou dráhu Země bude nepatrný, ale tato akce se může mnohokrát opakovat, aby se nakonec změnila poloha oběžné dráhy naší planety.

Určité oblasti naší sluneční soustavy jsou poměrně hustě „vybaveny“mnoha malými nebeskými tělesy, jako jsou asteroidy a komety, jejichž hmotnost je dostatečně malá na to, aby je přitáhla blíže k naší planetě pomocí vhodných a z hlediska vývoje zcela realistických technologií.

Při velmi pečlivém výpočtu dráhy je docela dobře možné použít metodu tzv. „delta-v-displacement“, kdy může dojít k posunutí malého tělesa ze své dráhy v důsledku těsného přiblížení k Zemi, které poskytne naší planetě mnohem větší impuls. To vše samozřejmě zní velmi cool, ale byly provedeny dřívější studie, které prokázaly, že v tomto případě bychom potřebovali milion takových blízkých průchodů asteroidů a každý z nich musí nastat v intervalu několika tisíc let, jinak budeme pozdě v té době, kdy se Slunce rozpíná natolik, že život na Zemi se stává nemožným.

závěry

Ze všech dnes popsaných možností se použití více asteroidů pro gravitační asistenci zdá být nejrealističtější. V budoucnu se však využití světla může stát vhodnější alternativou, samozřejmě pokud se naučíme vytvářet obří kosmické struktury nebo supervýkonné laserové systémy. V každém případě mohou být tyto technologie užitečné i pro náš budoucí vesmírný průzkum.

A přesto, navzdory teoretické možnosti a pravděpodobnosti praktické proveditelnosti v budoucnu, by pro nás možná nejvhodnější variantou záchrany bylo přesídlení na jinou planetu, například na stejný Mars, který může přežít smrt našeho Slunce. Ostatně lidstvo se na něj dlouho dívá jako na potenciální druhý domov naší civilizace. A pokud také uvážíte, jak obtížné bude realizovat myšlenku posunutí oběžné dráhy Země, kolonizace Marsu a možnost jeho terraformace, aby planeta získala obyvatelnější vzhled, se nemusí zdát jako tak obtížný úkol.