В китайском научно — фантастическом фильме "Блуждающая Земля", недавно вышедшем на Netflix, человечество пытается изменить орбиту Земли с помощью огромных двигателей, чтобы избежать расширяющегося солнца и предотвратить столкновение с Юпитером.
Сценарий может однажды сбыться. Через пять миллиардов лет у Солнца закончится топливо и оно расширится, скорее всего, поглотив нашу планету. Более непосредственной угрозой является глобальное потепление. Перемещение Земли на более широкую орбиту может быть решением проблемы и это возможно в теории.
Но как мы можем это сделать и каковы инженерные проблемы? Для аргументации предположим,что мы стремимся переместить Землю с ее текущей орбиты на орбиту на 50% дальше от Солнца, аналогичную Марсианской.
В течение многих лет мы разрабатывали методы перемещения небольших тел — астероидов — с их орбиты, главным образом для защиты нашей планеты от ударов. Некоторые из них основаны на импульсивном и часто разрушительном действии: ядерном взрыве вблизи или на поверхности астероида или "кинетическом ударе", например, космический аппарат, сталкивающийся с астероидом на высокой скорости. Они явно неприменимы к Земле из-за их разрушительной природы.
Другие методы вместо этого включают очень мягкий, непрерывный толчок в течение длительного времени, обеспечиваемый буксиром, пришвартованным на поверхности астероида, или космическим кораблем, зависшим рядом с ним (проталкивание через гравитацию или другие методы). Но это было бы невозможно для Земли, так как ее масса огромна по сравнению даже с самыми большими астероидами.
Электрические двигатели
На самом деле мы уже сдвинули Землю с орбиты. Каждый раз, когда ракета-носитель отрывается от Земли, она передает ей небольшой импульс в противоположном направлении, похожий на отдачу пушки. К счастью для нас — но, к сожалению, с целью перемещения Земли этот эффект невероятно мал.
Falcon Heavy компании SpaceX - самая тяжелая ракета-носитель на сегодняшний день. Нам потребуется ее 300 миллиардов миллиардов запусков, чтобы добиться смещения земной орбиты на марсианскую. Материал, для создания этих ракет, будет эквивалентен 85% Земли, и только 15% планеты окажется на орбите Марса.
Электрический двигатель является гораздо более эффективным способом ускорения массы — в частности ионные двигатели, которые работают, выпуская поток заряженных частиц, которые продвигают судно вперед. Мы могли бы направить и запустить электрический двигатель в заднем направлении орбиты Земли.
Слишком большой двигатель должен будет находиться на высоте 1000 километров над уровнем моря, за пределами земной атмосферы, но все еще прочно прикрепленным к Земле жесткой балкой, чтобы передавать толкающую силу. С ионным лучом, запущенным со скоростью 40 километров в секунду в правильном направлении, нам все равно нужно будет выбросить эквивалент 13% массы Земли в ионах, чтобы переместить оставшиеся 87%.
Плавание на свету
Поскольку свет несет импульс, но не массу, мы также можем непрерывно питать сфокусированный световой луч, такой как лазер. Необходимая энергия будет собираться от солнца, и никакая масса Земли не будет потребляться. Даже при использовании огромной лазерной установки мощностью 100 ГВт, предусмотренной проектом прорыва Starshot, целью которого является выведение космического корабля из Солнечной системы для изучения соседних звезд, для достижения орбитального изменения все равно потребуется три миллиарда миллиардов лет непрерывного использования.
Но свет также может отражаться непосредственно от солнца на Землю с помощью солнечного паруса, расположенного рядом с Землей. Исследователи показали, что для достижения изменения орбиты за один миллиард лет потребуется отражательный диск, в 19 раз превышающий диаметр Земли.
Межпланетный бильярд
Хорошо известная техника для двух орбитальных тел, созданная для обмена импульсом и изменения их скорости, заключается в близком прохождении или гравитационной рогатке. Этот тип маневра широко используется межпланетными зондами. Например, космический аппарат "Розетта", посетивший комету 67Р в 2014-2016 годах, во время своего десятилетнего путешествия к комете проходил в окрестностях Земли дважды, в 2005 и 2007 годах.
В результате гравитационное поле Земли придало Розетте существенное ускорение, которое было бы недостижимо только с помощью двигателей. Следовательно, Земля получила противоположный и равный импульс-хотя это не имело никакого измеримого эффекта из-за массы Земли.
Но что, если мы могли бы сделать рогатку, используя что-то гораздо более массивное, чем космический аппарат? Астероиды, безусловно могут быть перенаправлены Землей, и, хотя взаимное влияние на орбиту Земли будет крошечным, это действие может повторяться много раз, чтобы в конечном итоге достичь значительного изменения орбиты Земли.
Некоторые регионы Солнечной системы наполнены небольшими телами, такими как астероиды и кометы, масса многих из которых достаточно мала, но все же на порядок больше, чем то, что можно реально запустить с Земли.
С точным расчетом траектории, возможно использовать так называемое "усиление Δv" - малое тело можно вытолкнуть из своей орбиты и в результате отбросить мимо Земли, снабжая гораздо большим импульсом нашу планету. Это может показаться захватывающим, но было подсчитано, что нам понадобится миллион таких близких проходов астероида, каждый с интервалом в несколько тысяч лет, чтобы не отставать от расширения Солнца.
Вердикт
Из всех доступных вариантов использование нескольких астероидных рогаток кажется наиболее достижимым прямо сейчас. Но в будущем использование света может стать ключом-если мы научимся строить гигантские космические структуры или сверхсильные лазерные массивы. Они также могут быть использованы для исследования космоса.
Но хотя теоретически это возможно и, вероятно, когда-нибудь станет технически осуществимым, на самом деле будет легче перенести наш вид на соседнюю планету, Марс, на котором сможем пережить солнечный апокалипсис. В конце концов, наши аппараты уже несколько раз приземлялись и бороздили его поверхность.
После рассмотрения того, на сколько будет сложно переместить Землю, колонизация Марса, воссоздание его атмосферы и перемещение населения Земли на Красную планету с течением времени, могут показаться не такими и сложными.
Подробнее:
https://theconversation.com/wandering-earth-rocket-scientist-explains-how-we-could-move-our-planet-116365
Источник: space.com
