Yörünge kaymasından sonra Dünya'ya ne olacak? Mühendisin görüşü

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Netflix tarafından yayınlanan Çin bilim kurgu filmi Wandering Earth'te, insanlık, gezegenin etrafına kurulu devasa motorları kullanarak, ölmekte olan ve genişleyen Güneş tarafından yok edilmesini önlemek ve Jüpiter ile bir çarpışmayı önlemek için Dünya'nın yörüngesini değiştirmeye çalışıyor… Böyle bir kozmik kıyamet senaryosu bir gün gerçekten gerçekleşebilir. Yaklaşık 5 milyar yıl içinde güneşimiz bir termonükleer reaksiyon için yakıtı tükenecek, genişleyecek ve büyük olasılıkla gezegenimizi yutacak. Tabii ki, hepimiz daha önce sıcaklıktaki küresel bir artıştan öleceğiz, ancak Dünya'nın yörüngesini değiştirmek, en azından teoride, bir felaketten kaçınmak için gerçekten gerekli bir çözüm olabilir.

Fakat insanlık böylesine son derece karmaşık bir mühendislik göreviyle nasıl başa çıkabilir? Glasgow Üniversitesi'nden uzay sistemleri mühendisi Matteo Ceriotti, The Conversetion'ın sayfalarında birkaç olası senaryo paylaştı.

Görevimizin, Dünya'nın yörüngesini, Güneş'ten şu anki konumundan yaklaşık yarısı kadar uzağa, Mars'ın şu anda bulunduğu yere taşımak olduğunu varsayalım. Dünyanın önde gelen uzay ajansları, gelecekte Dünya'yı dış etkilerden korumaya yardımcı olacak küçük gök cisimlerini (asteroitler) yörüngelerinden çıkarma fikrini uzun zamandır düşünüyor ve hatta üzerinde çalışıyorlar. Bazı seçenekler son derece yıkıcı bir çözüm sunar: asteroidin yakınında veya üzerinde bir nükleer patlama; Rolü, örneğin yörüngesini değiştirmek için bir nesneyle yüksek hızda çarpışmayı amaçlayan bir uzay aracı tarafından oynanabilen bir "kinetik çarpma cihazının" kullanımı. Ancak Dünya söz konusu olduğunda, bu seçenekler yıkıcı yapıları nedeniyle kesinlikle işe yaramayacaktır.

Diğer yaklaşımlar çerçevesinde, asteroitlerin, römorkör görevi görecek uzay aracı kullanılarak veya yerçekimi nedeniyle tehlikeli nesneyi Dünya'dan çekecek olan daha büyük uzay gemilerinin yardımıyla tehlikeli bir yörüngeden çekilmesi önerilmektedir. Yine, bu, nesnelerin kütlesi tamamen karşılaştırılamaz olacağından, Dünya ile çalışmayacaktır.

Elektrik motorları

Muhtemelen birbirinizi göreceksiniz, ancak uzun süredir Dünya'yı yörüngemizden çıkarıyoruz. Ne zaman başka bir sonda güneş sisteminin diğer dünyalarını incelemek için gezegenimizi terk etse, onu taşıyan taşıyıcı roket küçücük (elbette gezegen ölçeğinde) bir dürtü yaratır ve Dünya'yı hareketine zıt yönde iterek Dünya'ya etki eder. Bir örnek, bir silahtan yapılan atış ve bunun sonucunda ortaya çıkan geri tepmedir. Neyse ki bizim için (ama ne yazık ki "Dünya'nın yörüngesini değiştirme planımız" için), bu etki gezegen için neredeyse görünmez.

Şu anda, dünyanın en yüksek performanslı roketi SpaceX'ten American Falcon Heavy'dir. Ancak, Dünya'nın yörüngesini Mars'a taşımak için yukarıda açıklanan yöntemi kullanmak için bu taşıyıcıların tam yükte yaklaşık 300 kentilyon fırlatılmasına ihtiyacımız olacak. Ayrıca, tüm bu roketleri oluşturmak için gereken malzeme kütlesi, gezegenin kütlesinin yüzde 85'ine eşdeğer olacaktır.

Elektrik motorlarının, özellikle iyonik motorların kullanılması, hızlanmanın meydana gelmesine bağlı olarak yüklü parçacıkların bir akışını serbest bırakan, kütleye ivme kazandırmanın daha etkili bir yolu olacaktır. Ve eğer gezegenimizin bir tarafına bu türden birkaç motor yerleştirirsek, yaşlı Dünyalı kadınımız gerçekten güneş sisteminde bir yolculuğa çıkabilir.

Doğru, bu durumda, gerçekten devasa boyutlarda motorlar gerekli olacaktır. Deniz seviyesinden yaklaşık 1000 kilometre yüksekte, dünya atmosferinin dışında kurulmaları gerekecek, ancak aynı zamanda gezegenin yüzeyine güvenli bir şekilde sabitlenmeleri gerekecek, böylece ona bir itme kuvveti iletilebilecek. Ek olarak, istenen yönde saniyede 40 kilometre hızla fırlatılan bir iyon ışını ile bile, gezegenin kütlesinin geri kalan yüzde 87'sini hareket ettirmek için hala Dünya kütlesinin yüzde 13'üne eşdeğer iyon parçacıkları olarak çıkarmamız gerekiyor.

hafif yelken

Işık momentum taşıdığından ancak kütlesi olmadığından, gezegenin yerini değiştirmek için lazer gibi çok güçlü, sürekli ve odaklanmış bir ışık huzmesi de kullanabiliriz. Bu durumda, Dünya'nın kütlesini hiçbir şekilde kullanmadan Güneş'in enerjisini kullanmak mümkün olacaktır. Ancak bilim adamlarının bir lazer ışını kullanarak sistemimize en yakın yıldıza küçük bir uzay sondası göndermek istediği, zirveden geçen Starshot projesinde kullanılması planlanan inanılmaz güçlü 100 gigawatt'lık bir lazer sistemi ile bile, üç tane ihtiyacımız olacak. Yörüngeyi tersine çevirme hedefimize ulaşmak için kentilyon yıllık sürekli lazer darbesi.

Güneş ışığı, uzayda olacak ancak Dünya'ya demirlemiş olacak dev bir güneş yelkeninden doğrudan yansıyabilir. Geçmişteki araştırmaların bir parçası olarak, bilim adamları bunun gezegenimizin 19 katı çapında bir yansıtıcı disk gerektireceğini bulmuşlardır. Ancak bu durumda sonuca ulaşmak için yaklaşık bir milyar yıl beklemeniz gerekecek.

gezegenler arası bilardo

Dünya'yı mevcut yörüngesinden çıkarmak için bir başka olası seçenek, ivmelerini değiştirmek için dönen iki cisim arasında momentum değişiminin iyi bilinen yöntemidir. Bu teknik aynı zamanda yerçekimi yardımı olarak da bilinir. Bu yöntem genellikle gezegenler arası araştırma görevlerinde kullanılır. Örneğin, 2014-2016 yıllarında 67P kuyruklu yıldızını ziyaret eden Rosetta uzay aracı, çalışma nesnesine on yıllık yolculuğunun bir parçası olarak, 2005 ve 2007 yıllarında yerçekimi yardımını Dünya çevresinde iki kez kullandı.

Sonuç olarak, Dünya'nın yerçekimi alanı her seferinde Rosetta'ya artan bir ivme kazandırdı; bu, yalnızca aparatın motorlarının kullanılmasıyla elde edilmesi imkansız olurdu. Dünya da bu yerçekimi manevraları çerçevesinde zıt ve eşit bir ivme ivmesi aldı, ancak bunun elbette gezegenin kütlesi nedeniyle ölçülebilir bir etkisi olmadı.

Ama ya aynı prensibi kullanırsanız, ancak bir uzay aracından daha büyük bir şeyle? Örneğin, aynı asteroitler, Dünya'nın yerçekiminin etkisi altında yörüngelerini kesinlikle değiştirebilir. Evet, Dünya'nın yörüngesi üzerinde bir kerelik karşılıklı bir etki önemsiz olacaktır, ancak gezegenimizin yörüngesinin konumunu nihayetinde değiştirmek için bu eylem birçok kez tekrarlanabilir.

Güneş sistemimizin belirli bölgeleri, kütleleri onları gelişim açısından uygun ve oldukça gerçekçi teknolojiler kullanarak gezegenimize yaklaştıracak kadar küçük olan asteroitler ve kuyruklu yıldızlar gibi birçok küçük gök cismi ile oldukça yoğun bir şekilde "donanmıştır".

Yörüngenin çok dikkatli bir şekilde hesaplanmasıyla, Dünya'ya yakın bir yaklaşımın bir sonucu olarak küçük bir cismin yörüngesinden yer değiştirebildiği durumlarda "delta-v-yer değiştirme" yöntemini kullanmak oldukça mümkündür. gezegenimize çok daha büyük bir ivme kazandıracak. Bütün bunlar elbette kulağa çok hoş geliyor, ancak bu durumda böyle bir milyon yakın asteroit geçişine ihtiyacımız olacağını ve her birinin birkaç bin yıl içinde gerçekleşmesi gerektiğini ortaya koyan daha önceki çalışmalar yapıldı, aksi takdirde O zamana kadar, Güneş o kadar çok genişler ki, Dünya'daki yaşam imkansız hale gelir.

sonuçlar

Bugün açıklanan tüm seçeneklerden, yerçekimi yardımı için birden fazla asteroit kullanmak en gerçekçi gibi görünüyor. Bununla birlikte, dev kozmik yapıların veya süper güçlü lazer sistemlerinin nasıl oluşturulacağını öğrenirsek, gelecekte ışık kullanımı elbette daha uygun bir alternatif haline gelebilir. Her durumda, bu teknolojiler gelecekteki uzay araştırmalarımız için de faydalı olabilir.

Ve yine de, teorik olasılığa ve gelecekte pratik fizibilite olasılığına rağmen, bizim için belki de kurtuluş için en uygun seçenek, örneğin Güneşimizin ölümünden kurtulabilecek aynı Mars gibi başka bir gezegene yeniden yerleşmek olacaktır. Ne de olsa, insanlık uzun zamandır onu medeniyetimiz için potansiyel bir ikinci ev olarak görüyor. Ve ayrıca, Dünya'nın yörüngesinin yer değiştirmesi fikrini uygulamanın ne kadar zor olacağını, Mars'ı kolonileştirmenin ve gezegene daha yaşanabilir bir görünüm kazandırmak için onu dünyalaştırma olasılığının ne kadar zor olacağını düşünürseniz, o kadar da zor bir iş gibi görünmeyebilir.