מה יהיה עם כדור הארץ לאחר הסטת המסלול? השקפת מהנדס

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

בסרט המדע הבדיוני הסיני Wandering Earth, שיצא על ידי נטפליקס, האנושות, תוך שימוש במנועים ענקיים המותקנים סביב כדור הארץ, מנסה לשנות את מסלול כדור הארץ כדי להימנע מהרס שלו על ידי השמש הגוססת והמתרחבת, כמו גם למנוע התנגשות עם צדק… תרחיש כזה של אפוקליפסה קוסמית עשוי יום אחד להתרחש בפועל. בעוד כ-5 מיליארד שנים, לשמש שלנו ייגמר הדלק לתגובה תרמו-גרעינית, היא תתרחב וקרוב לוודאי תבלע את כוכב הלכת שלנו. כמובן, עוד קודם לכן כולנו נמות מעלייה עולמית בטמפרטורה, אבל שינוי מסלול כדור הארץ עשוי להיות אכן פתרון הכרחי כדי למנוע קטסטרופה, לפחות בתיאוריה.

אבל איך האנושות יכולה להתמודד עם משימה הנדסית מורכבת כל כך? מהנדס מערכות החלל Matteo Ceriotti מאוניברסיטת גלזגו שיתף כמה תרחישים אפשריים בדפי השיחה.

נניח שהמשימה שלנו היא לעקור את מסלול כדור הארץ, להרחיק אותו מהשמש בערך חצי מהמרחק ממיקומה הנוכחי, בערך למקום שבו נמצא מאדים כעת. סוכנויות חלל מובילות ברחבי העולם שוקלות ואף עובדות על הרעיון של עקירת גופים שמימיים קטנים (אסטרואידים) ממסלוליהם, מה שבעתיד יסייע להגן על כדור הארץ מפני פגיעות חיצוניות. כמה אפשרויות מציעות פתרון הרסני ביותר: פיצוץ גרעיני ליד או על האסטרואיד; השימוש ב"אימפקט קינטי", שתפקידו, למשל, יכול למלא חללית שמטרתה להתנגש באובייקט במהירות גבוהה כדי לשנות את מסלולו. אבל מבחינת כדור הארץ, האפשרויות הללו בוודאי לא יעבדו בגלל האופי ההרסני שלהן.

במסגרת גישות אחרות, מוצע להסיג אסטרואידים ממסלול מסוכן באמצעות חלליות, שיפעלו כגררות, או בעזרת חלליות גדולות יותר, אשר בשל כוח המשיכה שלהן, יוציאו את החפץ המסוכן מכדור הארץ. שוב, זה לא יעבוד עם כדור הארץ, מכיוון שמסת העצמים תהיה בלתי ניתנת להשוואה לחלוטין.

מנועים חשמליים

סביר להניח שתראו אחד את השני, אבל אנחנו עקרים את כדור הארץ ממסלולנו כבר הרבה זמן. בכל פעם שגשושית אחרת עוזבת את כוכב הלכת שלנו כדי לחקור עולמות אחרים של מערכת השמש, רקטה הנושאת אותה יוצרת דחף זעיר (בקנה מידה פלנטרי, כמובן) ופועלת על כדור הארץ, דוחפת אותו לכיוון המנוגד לתנועתו. דוגמה לכך היא ירייה מנשק והרתיעה שנוצרה. למרבה המזל עבורנו (אך למרבה הצער עבור "התוכנית שלנו לעקור את מסלול כדור הארץ"), השפעה זו כמעט ואינה נראית לכוכב הלכת.

כרגע, הרקטה בעלת הביצועים הגבוהים ביותר בעולם היא ה-Falcon Heavy האמריקאית מ-SpaceX. אבל נזדקק לכ-300 קווינטיליון שיגורים של נושאים אלה בעומס מלא על מנת להשתמש בשיטה שתוארה לעיל כדי להעביר את מסלול כדור הארץ למאדים. יתרה מכך, מסת החומרים הנדרשת ליצירת כל הרקטות הללו תהיה שווה ערך ל-85 אחוז ממסת כוכב הלכת עצמו.

השימוש במנועים חשמליים, בפרט יוניים, המשחררים זרם של חלקיקים טעונים, שבגללו מתרחשת תאוצה, יהיה דרך יעילה יותר להקנות תאוצה למסה.ואם נתקין כמה מנועים כאלה בצד אחד של הפלנטה שלנו, אשת כדור הארץ הזקנה שלנו יכולה באמת לצאת למסע במערכת השמש.

נכון, במקרה זה, יידרשו מנועים בעלי ממדים ענקיים באמת. הם יצטרכו להיות מותקנים בגובה של כ-1000 קילומטרים מעל פני הים, מחוץ לאטמוספירה של כדור הארץ, אך במקביל לקבע אותם היטב לפני השטח של כוכב הלכת, כך שניתן יהיה להעביר אליו כוח דחיפה. בנוסף, אפילו עם קרן יונים שנפלטה במהירות של 40 ק מ לשנייה בכיוון הרצוי, אנחנו עדיין צריכים להוציא את המקבילה של 13 אחוז ממסת כדור הארץ כחלקיקי יונים כדי להזיז את 87 האחוזים הנותרים ממסת כדור הארץ.

מפרש קל

מכיוון שאור נושא מומנטום אך אין לו מסה, אנו יכולים גם להשתמש באלומת אור רציפה וממוקדת חזקה מאוד, כמו לייזר, כדי לעקור את כוכב הלכת. במקרה זה, ניתן יהיה להשתמש באנרגיה של השמש עצמה, מבלי להשתמש בשום צורה במסה של כדור הארץ עצמו. אבל אפילו עם מערכת לייזר חזקה להפליא של 100 ג'יגה וואט, שמתוכננת לשמש בפרויקט peakthrough Starshot, שבו מדענים רוצים לשלוח גשושית חלל קטנה לכוכב הקרוב למערכת שלנו באמצעות קרן לייזר, נצטרך שלושה קווינטיליון שנים של דופק לייזר מתמשך כדי לעמוד ביעד היפוך המסלול שלנו.

אור השמש יכול להיות מוחזר ישירות ממפרש שמש ענק שיהיה בחלל אך מעוגן לכדור הארץ. כחלק ממחקרים קודמים, מדענים מצאו כי הדבר ידרוש דיסק מחזיר אור בקוטר פי 19 מקוטר כוכב הלכת שלנו. אבל במקרה זה, כדי להשיג את התוצאה, תצטרך לחכות כמיליארד שנים.

ביליארד בין-פלנטרי

אפשרות אפשרית נוספת להרחקת כדור הארץ ממסלולו הנוכחי היא השיטה הידועה של החלפת מומנטום בין שני גופים מסתובבים כדי לשנות את תאוצתם. טכניקה זו ידועה גם כסיוע בכוח הכבידה. שיטה זו משמשת לעתים קרובות במשימות מחקר בין-פלנטריות. לדוגמה, החללית רוזטה שביקרה בכוכב השביט 67P בשנים 2014-2016, כחלק ממסעה בן עשר השנים אל מושא המחקר, השתמשה בסיוע כוח הכבידה סביב כדור הארץ פעמיים, ב-2005 וב-2007.

כתוצאה מכך, שדה הכבידה של כדור הארץ העניק בכל פעם תאוצה מוגברת לרוזטה, דבר שאי אפשר היה להשיג בשימוש רק במנועים של המנגנון עצמו. כדור הארץ קיבל גם תנופת תאוצה הפוכה ושווה במסגרת תמרוני הכבידה הללו, אולם כמובן שלא הייתה לכך השפעה ניתנת למדידה בשל מסת כוכב הלכת עצמו.

אבל מה אם אתה משתמש באותו עיקרון, אבל עם משהו מסיבי יותר מאשר חללית? למשל, אותם אסטרואידים בהחלט יכולים לשנות את מסלולם בהשפעת כוח המשיכה של כדור הארץ. כן, השפעה הדדית חד פעמית על מסלול כדור הארץ תהיה חסרת משמעות, אך פעולה זו יכולה לחזור על עצמה פעמים רבות על מנת לשנות בסופו של דבר את מיקומו של מסלול כדור הארץ שלנו.

אזורים מסוימים במערכת השמש שלנו "מצוידים" בצפיפות רבה בהרבה גרמי שמים קטנים, כמו אסטרואידים ושביטים, שמסתם קטנה מספיק כדי לקרב אותם לכוכב הלכת שלנו באמצעות טכנולוגיות מתאימות ומציאותיות למדי מבחינת פיתוח.

בחישוב זהיר מאוד של המסלול, ניתן בהחלט להשתמש בשיטה המכונה "תזוזה-delta-v", כאשר גוף קטן יכול להיעקר ממסלולו כתוצאה מקרבה לכדור הארץ, אשר יספק מומנטום הרבה יותר גדול לכוכב הלכת שלנו. כל זה, כמובן, נשמע מגניב מאוד, אבל בוצעו מחקרים מוקדמים יותר שקבעו שבמקרה הזה נצטרך מיליון מעברי אסטרואידים קרובים כאלה, וכל אחד מהם חייב להתרחש בפרק זמן של כמה אלפי שנים, אחרת נהיה מאוחר באותה תקופה כשהשמש מתרחבת כל כך עד שהחיים על כדור הארץ הופכים לבלתי אפשריים.

מסקנות

מבין כל האפשרויות המתוארות היום, נראה שהשימוש במספר אסטרואידים לסיוע בכוח הכבידה הוא המציאותי ביותר.עם זאת, בעתיד, השימוש באור עשוי להפוך לאלטרנטיבה מתאימה יותר, כמובן, אם נלמד כיצד ליצור מבנים קוסמיים ענקיים או מערכות לייזר חזקות במיוחד. בכל מקרה, טכנולוגיות אלו עשויות להיות שימושיות גם עבור חקר החלל העתידי שלנו.

ובכל זאת, למרות האפשרות התיאורטית והסבירות להיתכנות מעשית בעתיד, עבורנו, אולי האפשרות המתאימה ביותר לישועה תהיה יישוב מחדש לכוכב אחר, למשל, אותו מאדים, שיכול לשרוד את מותה של השמש שלנו. אחרי הכל, האנושות כבר מזמן מסתכלת על זה כבית שני פוטנציאלי לציוויליזציה שלנו. ואם תחשבו גם כמה קשה יהיה ליישם את הרעיון של תזוזה של מסלול כדור הארץ, התיישבות של מאדים והאפשרות לעצב אותו כדי להעניק לכוכב הלכת מראה ראוי יותר למגורים, אולי לא תיראה כמו משימה כל כך קשה.