Mis saab Maast pärast orbiidi nihet? Inseneri nägemus

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Netflixi välja antud Hiina ulmefilmis Wandering Earth püüab inimkond planeedi ümber paigaldatud tohutute mootorite abil muuta Maa orbiiti, et vältida selle hävitamist sureva ja paisuva Päikese poolt, samuti vältida kokkupõrget Jupiteriga… Selline kosmilise apokalüpsise stsenaarium võib ühel päeval ka tegelikult juhtuda. Umbes 5 miljardi aasta pärast saab meie päikesel termotuumareaktsiooni jaoks kütus otsa, see paisub ja suure tõenäosusega neelab meie planeedi alla. Muidugi sureme me kõik ka varem globaalse temperatuuritõusu tõttu, kuid Maa orbiidi muutmine võib tõepoolest olla vajalik lahendus katastroofi vältimiseks, vähemalt teoreetiliselt.

Kuidas saab aga inimkond toime tulla nii äärmiselt keerulise inseneriülesandega? Kosmosesüsteemide insener Matteo Ceriotti Glasgow ülikoolist jagas The Conversetioni lehekülgedel mitmeid võimalikke stsenaariume.

Oletame, et meie ülesandeks on nihutada Maa orbiit, nihutades seda Päikesest umbes poole kaugusele praegusest asukohast, umbes sinna, kus praegu asub Marss. Juhtivad kosmoseagentuurid üle kogu maailma on juba pikka aega kaalunud ja isegi töötanud ideega tõrjuda oma orbiitidelt välja väikesed taevakehad (asteroidid), mis aitab tulevikus kaitsta Maad välismõjude eest. Mõned võimalused pakuvad väga hävitavat lahendust: tuumaplahvatus asteroidi läheduses või asteroidil; "kineetilise löökkatsekeha" kasutamine, mille rolli saab täita näiteks kosmoseaparaat, mille eesmärk on suurel kiirusel objektiga kokku põrgata, et muuta selle trajektoori. Aga mis puutub Maasse, siis need variandid oma hävitava iseloomu tõttu kindlasti ei tööta.

Teiste lähenemiste raames tehakse ettepanek asteroide ohtlikult trajektoorilt eemaldada kasutades kosmoselaevu, mis hakkavad toimima puksiiridena või suuremate kosmoselaevade abil, mis oma raskusjõu tõttu ohtliku objekti Maalt välja tõmbavad. Jällegi, see ei tööta Maaga, kuna objektide mass on täiesti võrreldamatu.

Elektrimootorid

Tõenäoliselt näete üksteist, kuid me oleme juba pikka aega Maad oma orbiidilt välja tõrjunud. Iga kord, kui meie planeedilt lahkub mõni järjekordne sond, et uurida teisi päikesesüsteemi maailmu, tekitab seda kandev kanderakett pisikese (loomulikult planeedi skaalal) impulsi ja mõjub Maale, lükates seda liikumisele vastupidises suunas. Näiteks on lask relvast ja sellest tulenev tagasilöök. Meie õnneks (aga kahjuks meie "plaanile Maa orbiit nihutada") on see mõju planeedile peaaegu nähtamatu.

Hetkel on maailma kõige võimsam rakett SpaceX-i Ameerika Falcon Heavy. Kuid meil on vaja umbes 300 kvintiljonit nende kandjate starti täiskoormusel, et kasutada ülalkirjeldatud meetodit Maa orbiidi liigutamiseks Marsile. Pealegi on kõigi nende rakettide loomiseks vajalik materjalide mass võrdne 85 protsendiga planeedi enda massist.

Elektrimootorite, eriti ioonsete mootorite kasutamine, mis vabastavad laetud osakeste voo, mille tõttu toimub kiirendus, on tõhusam viis massi kiirendamiseks. Ja kui paigaldame oma planeedi ühele küljele mitu sellist mootorit, võib meie vana Maa naine tõesti minna rännakule läbi päikesesüsteemi.

Tõsi, sel juhul on vaja tõeliselt hiiglaslike mõõtmetega mootoreid. Need tuleb paigaldada umbes 1000 kilomeetri kõrgusele merepinnast väljapoole maakera atmosfääri, kuid samal ajal kinnitada need kindlalt planeedi pinnale, et sellele saaks üle kanda tõukejõud. Lisaks, isegi kui ioonkiir väljub soovitud suunas kiirusega 40 kilomeetrit sekundis, peame ülejäänud 87 protsendi planeedi massist liigutamiseks siiski ioonosakestena välja paiskama 13 protsenti Maa massist.

Kerge puri

Kuna valgus kannab hoogu, kuid sellel pole massi, saame planeedi tõrjumiseks kasutada ka väga võimsat pidevat ja fokusseeritud valguskiirt, näiteks laserit. Sel juhul on võimalik kasutada Päikese enda energiat, kasutamata mingil viisil Maa enda massi. Kuid isegi uskumatult võimsa 100-gigavatise lasersüsteemiga, mida plaanitakse kasutada tipptasemel Starshoti projektis, mille käigus teadlased tahavad laserkiire abil saata väikese kosmosesondi meie süsteemile lähima tähe juurde, vajame kolme kvintiljoni aastat pidevat laserimpulssi, et täita meie orbiidi ümberpööramise eesmärk.

Päikesevalgus võib peegelduda otse hiiglaslikult päikesepurjelt, mis on kosmoses, kuid ankurdatud Maa külge. Varasemate uuringute osana on teadlased leidnud, et selleks oleks vaja peegeldavat ketast, mis on 19 korda suurem kui meie planeedi läbimõõt. Kuid sel juhul peate tulemuse saavutamiseks ootama umbes miljard aastat.

Planeetidevaheline piljard

Teine võimalik variant Maa praeguselt orbiidilt eemaldamiseks on hästi tuntud meetod kahe pöörleva keha vahel impulsi vahetamiseks, et muuta nende kiirendust. Seda tehnikat tuntakse ka gravitatsiooniabina. Seda meetodit kasutatakse sageli planeetidevahelistel uurimismissioonidel. Näiteks aastatel 2014–2016 komeeti 67P külastanud kosmoselaev Rosetta kasutas oma kümneaastase teekonna raames uurimisobjekti poole gravitatsiooniabi ümber Maa kaks korda, 2005. ja 2007. aastal.

Selle tulemusena andis Maa gravitatsiooniväli Rosettale iga kord suurema kiirenduse, mida oleks olnud võimatu saavutada ainult seadme enda mootorite kasutamisel. Maa sai nende gravitatsioonimanöövrite raames ka vastupidise ja võrdse kiirendusmomendi, kuid loomulikult ei avaldanud see planeedi enda massi tõttu mõõdetavat mõju.

Aga mis siis, kui kasutate sama põhimõtet, kuid millegi massiivsemaga kui kosmoselaev? Näiteks võivad samad asteroidid Maa gravitatsiooni mõjul oma trajektoore kindlasti muuta. Jah, ühekordne vastastikune mõju Maa orbiidile on ebaoluline, kuid seda toimingut saab korrata mitu korda, et lõpuks muuta meie planeedi orbiidi asukohta.

Meie päikesesüsteemi teatud piirkonnad on üsna tihedalt "varustatud" paljude väikeste taevakehadega, nagu asteroidid ja komeedid, mille mass on piisavalt väike, et neid sobivate ja arengu seisukohalt üsna realistlike tehnoloogiate abil meie planeedile lähemale tõmmata.

Väga hoolika trajektoori arvutamise korral on täiesti võimalik kasutada nn "delta-v-nihke" meetodit, kui väike keha võib Maale lähedalt lähenedes oma orbiidilt nihkuda, mis annab meie planeedile palju suurema tõuke. Kõik see kõlab muidugi väga lahedalt, kuid varasemad uuringud tegid kindlaks, et sel juhul oleks meil vaja miljonit sellist lähedast asteroidi läbipääsu ja igaüks neist peab toimuma mitme tuhande aasta jooksul, muidu oleme hilja selleks ajaks, kui Päike paisub nii palju, et elu Maal muutub võimatuks.

järeldused

Kõigist täna kirjeldatud võimalustest tundub kõige realistlikum mitme asteroidi kasutamine gravitatsiooni abistamiseks. Tulevikus võib aga sobivamaks alternatiiviks kujuneda valguse kasutamine, kui õpime looma hiiglaslikke kosmilisi struktuure või ülivõimsaid lasersüsteeme. Igal juhul võivad need tehnoloogiad olla kasulikud ka meie tulevaste kosmoseuuringute jaoks.

Ja ometi, hoolimata teoreetilisest võimalusest ja praktilise teostatavuse tõenäosusest tulevikus, oleks meie jaoks ehk kõige sobivam päästmisvõimalus ümberasumine teisele planeedile, näiteks samale Marsile, mis suudab meie Päikese surma üle elada. Lõppude lõpuks on inimkond seda pikka aega vaadanud kui meie tsivilisatsiooni potentsiaalset teist kodu. Ja kui mõelda ka sellele, kui keeruline saab olema Maa orbiidi nihutamise idee elluviimine, ei pruugi Marsi koloniseerimine ja võimalus seda terraformeerida, et anda planeedile elamiskõlblikum välimus, nii raske ülesanne.