ماذا سيحدث للأرض بعد التحول المداري؟ رأي المهندس

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

في فيلم الخيال العلمي الصيني Wandering Earth ، الذي أصدرته Netflix ، تحاول البشرية ، باستخدام محركات ضخمة مثبتة حول الكوكب ، تغيير مدار الأرض لتجنب تدميرها بفعل احتضار الشمس وتوسيعها ، وكذلك لمنع الاصطدام مع المشتري… قد يحدث مثل هذا السيناريو لنهاية العالم الكونية يومًا ما. في حوالي 5 مليارات سنة ، سوف تنفد شمسنا من الوقود لتفاعل نووي حراري ، وسوف تتمدد ، وعلى الأرجح ستبتلع كوكبنا. بالطبع ، حتى قبل ذلك ، سنموت جميعًا بسبب ارتفاع عالمي في درجة الحرارة ، لكن تغيير مدار الأرض قد يكون بالفعل حلاً ضروريًا لتجنب كارثة ، على الأقل من الناحية النظرية.

ولكن كيف يمكن للبشرية التعامل مع مثل هذه المهمة الهندسية المعقدة للغاية؟ شارك مهندس أنظمة الفضاء ماتيو سيريوتي من جامعة جلاسكو عدة سيناريوهات محتملة على صفحات المحادثة.

لنفترض أن مهمتنا هي إزاحة مدار الأرض ، ونقله بعيدًا عن الشمس بحوالي نصف المسافة من موقعه الحالي ، إلى حيث يوجد المريخ الآن. لطالما نظرت وكالات الفضاء الرائدة في جميع أنحاء العالم في فكرة إزاحة الأجرام السماوية الصغيرة (الكويكبات) من مداراتها ، والتي ستساعد في المستقبل في حماية الأرض من التأثيرات الخارجية. تقدم بعض الخيارات حلاً مدمرًا للغاية: انفجار نووي بالقرب من الكويكب أو فوقه ؛ استخدام "المصادم الحركي" ، والذي يمكن أن تلعبه مركبة فضائية ، على سبيل المثال ، هدفها الاصطدام بجسم بسرعة عالية لتغيير مساره. ولكن فيما يتعلق بالأرض ، فإن هذه الخيارات لن تعمل بالتأكيد بسبب طبيعتها المدمرة.

في إطار الأساليب الأخرى ، يُقترح سحب الكويكبات من مسار خطير باستخدام المركبات الفضائية ، والتي ستكون بمثابة قاطرات ، أو بمساعدة سفن الفضاء الأكبر ، والتي ، بسبب جاذبيتها ، ستسحب الجسم الخطير من الأرض. مرة أخرى ، لن يعمل هذا مع الأرض ، لأن كتلة الأشياء لن تضاهى تمامًا.

محركات كهربائية

من المحتمل أن ترى بعضكما البعض ، لكننا قمنا بإزاحة الأرض من مدارنا لفترة طويلة. في كل مرة يغادر فيها مسبار آخر كوكبنا لدراسة عوالم أخرى من النظام الشمسي ، فإن الصاروخ الحامل الذي يحمله يخلق نبضة صغيرة (على مقياس كوكبي بالطبع) ويعمل على الأرض ، ويدفعها في الاتجاه المعاكس لحركتها. مثال على ذلك هو تسديدة من سلاح والارتداد الناتج. لحسن الحظ بالنسبة لنا (ولكن لسوء الحظ بالنسبة إلى "خطتنا لإزاحة مدار الأرض") ، فإن هذا التأثير يكاد يكون غير مرئي للكوكب.

في الوقت الحالي ، يعد الصاروخ الأمريكي فالكون هيفي من سبيس إكس هو أكثر الصواريخ أداءً في العالم. لكننا سنحتاج إلى حوالي 300 كوينتيليون عملية إطلاق لهذه الناقلات بأحمال كاملة من أجل استخدام الطريقة الموضحة أعلاه لنقل مدار الأرض إلى المريخ. علاوة على ذلك ، فإن كتلة المواد المطلوبة لإنشاء كل هذه الصواريخ ستعادل 85 بالمائة من كتلة الكوكب نفسه.

سيكون استخدام المحركات الكهربائية ، وخاصة الأيونية ، التي تطلق تيارًا من الجسيمات المشحونة ، بسبب حدوث التسارع ، وسيلة أكثر فاعلية لإضفاء التسارع على الكتلة.وإذا قمنا بتثبيت العديد من هذه المحركات على جانب واحد من كوكبنا ، يمكن لامرأة الأرض العجوز لدينا أن تذهب في رحلة عبر النظام الشمسي.

صحيح ، في هذه الحالة ، ستكون هناك حاجة إلى محركات ذات أبعاد عملاقة حقًا. سوف تحتاج إلى أن يتم تثبيتها على ارتفاع حوالي 1000 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر ، خارج الغلاف الجوي للأرض ، ولكن في نفس الوقت مثبتة بشكل آمن على سطح الكوكب بحيث يمكن نقل قوة الدفع إليها. بالإضافة إلى ذلك ، حتى مع إطلاق شعاع أيوني بسرعة 40 كيلومترًا في الثانية في الاتجاه المطلوب ، ما زلنا بحاجة إلى إخراج ما يعادل 13 بالمائة من كتلة الأرض كجسيمات أيونية لتحريك 87 بالمائة المتبقية من كتلة الكوكب.

شراع خفيف

نظرًا لأن الضوء يحمل زخمًا ولكن ليس له كتلة ، فيمكننا أيضًا استخدام شعاع ضوء قوي للغاية ومتواصل ومركّز ، مثل الليزر ، لتحل محل الكوكب. في هذه الحالة ، سيكون من الممكن استخدام طاقة الشمس نفسها ، دون استخدام كتلة الأرض نفسها بأي شكل من الأشكال. ولكن حتى مع وجود نظام ليزر قوي للغاية بقوة 100 جيجاوات ، والذي من المقرر استخدامه في ذروة مشروع Starshot ، حيث يرغب العلماء في إرسال مسبار فضائي صغير إلى أقرب نجم إلى نظامنا باستخدام شعاع ليزر ، سنحتاج إلى ثلاثة كوينتيليون سنة من نبض الليزر المستمر لتلبية هدفنا في عكس المدار.

يمكن أن ينعكس ضوء الشمس مباشرة من الشراع الشمسي العملاق الذي سيكون في الفضاء ولكنه راسخ على الأرض. كجزء من البحث السابق ، وجد العلماء أن هذا يتطلب قرصًا عاكسًا يبلغ 19 ضعف قطر كوكبنا. لكن في هذه الحالة ، لتحقيق النتيجة ، سيتعين عليك الانتظار حوالي مليار سنة.

لعبة البلياردو بين الكواكب

هناك خيار آخر محتمل لإزالة الأرض من مدارها الحالي وهو الطريقة المعروفة لتبادل الزخم بين جسمين دائريين لتغيير تسارعهما. تُعرف هذه التقنية أيضًا باسم مساعدة الجاذبية. غالبًا ما تستخدم هذه الطريقة في بعثات البحث بين الكواكب. على سبيل المثال ، استخدمت المركبة الفضائية Rosetta التي زارت المذنب 67P في 2014-2016 ، كجزء من رحلتها التي استمرت عشر سنوات إلى هدف الدراسة ، مساعدة الجاذبية حول الأرض مرتين ، في عامي 2005 و 2007.

نتيجة لذلك ، أدى مجال الجاذبية الأرضية في كل مرة إلى زيادة تسارع رشيد ، والذي كان من المستحيل تحقيقه باستخدام محركات الجهاز نفسه فقط. تلقت الأرض أيضًا زخم تسارع معاكس ومتساوٍ في إطار مناورات الجاذبية هذه ، ومع ذلك ، بالطبع ، لم يكن لهذا تأثير قابل للقياس بسبب كتلة الكوكب نفسه.

لكن ماذا لو استخدمت نفس المبدأ ، لكن بشيء أكبر من مركبة فضائية؟ على سبيل المثال ، يمكن لنفس الكويكبات أن تغير مساراتها بالتأكيد تحت تأثير جاذبية الأرض. نعم ، سيكون التأثير المتبادل لمرة واحدة على مدار الأرض ضئيلًا ، ولكن يمكن تكرار هذا الإجراء عدة مرات من أجل تغيير موضع مدار كوكبنا في النهاية.

مناطق معينة من نظامنا الشمسي "مجهزة" بكثافة كبيرة بالعديد من الأجرام السماوية الصغيرة ، مثل الكويكبات والمذنبات ، وكتلتها صغيرة بما يكفي لتقريبها من كوكبنا باستخدام تقنيات مناسبة وواقعية تمامًا من حيث التطور.

من خلال حساب دقيق للغاية للمسار ، من الممكن تمامًا استخدام طريقة "دلتا- v-الإزاحة" ، عندما يمكن إزاحة جسم صغير من مداره نتيجة الاقتراب من الأرض ، والذي سيوفر زخمًا أكبر بكثير لكوكبنا. كل هذا ، بالطبع ، يبدو رائعًا جدًا ، ولكن تم إجراء دراسات سابقة أثبتت أننا في هذه الحالة سنحتاج إلى مليون ممر قريب من هذا الكويكب ، ويجب أن يحدث كل منها في فترة تمتد إلى عدة آلاف من السنين ، وإلا فسنكون كذلك. في ذلك الوقت عندما تتوسع الشمس كثيرًا لدرجة أن الحياة على الأرض تصبح مستحيلة.

الاستنتاجات

من بين جميع الخيارات الموصوفة اليوم ، يبدو أن استخدام العديد من الكويكبات للمساعدة في الجاذبية هو الأكثر واقعية.ومع ذلك ، في المستقبل ، قد يصبح استخدام الضوء بديلاً أكثر ملاءمة ، بالطبع ، إذا تعلمنا كيفية إنشاء هياكل كونية عملاقة أو أنظمة ليزر فائقة القوة. على أي حال ، قد تكون هذه التقنيات مفيدة أيضًا لاستكشاف الفضاء في المستقبل.

ومع ذلك ، على الرغم من الاحتمال النظري واحتمالية الجدوى العملية في المستقبل ، بالنسبة لنا ، ربما يكون الخيار الأنسب للخلاص هو إعادة التوطين في كوكب آخر ، على سبيل المثال ، نفس المريخ ، الذي يمكنه البقاء على قيد الحياة بعد موت شمسنا. بعد كل شيء ، لطالما نظرت الإنسانية إليها على أنها موطن ثان محتمل لحضارتنا. وإذا كنت تفكر أيضًا في مدى صعوبة تنفيذ فكرة إزاحة مدار الأرض ، فإن استعمار المريخ وإمكانية إعادة تشكيله لمنح الكوكب مظهرًا أكثر ملاءمة للسكن قد لا يبدو مهمة صعبة.