Nini kitatokea kwa Dunia baada ya mabadiliko ya obiti? Mtazamo wa mhandisi

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Katika filamu ya kisayansi ya kisayansi ya Wandering Earth, iliyotolewa na Netflix, wanadamu, kwa kutumia injini kubwa zilizowekwa kuzunguka sayari, hujaribu kubadilisha mzunguko wa Dunia ili kuepuka uharibifu wake na Jua linalokufa na kupanuka, na pia kuzuia mgongano na Jupiter… Hali kama hiyo ya apocalypse ya ulimwengu inaweza kutokea siku moja. Katika karibu miaka bilioni 5, jua letu litaisha mafuta kwa mmenyuko wa nyuklia, litapanuka na, uwezekano mkubwa, kumeza sayari yetu. Bila shaka, hata mapema sisi sote tutakufa kutokana na kupanda kwa joto duniani, lakini kubadilisha mzunguko wa Dunia kwa kweli kunaweza kuwa suluhisho la lazima ili kuepuka janga, angalau kwa nadharia.

Lakini wanadamu wanaweza kukabilianaje na kazi ngumu sana ya uhandisi kama hiyo? Mhandisi wa mifumo ya angani Matteo Ceriotti kutoka Chuo Kikuu cha Glasgow alishiriki matukio kadhaa yanayoweza kutokea kwenye kurasa za Mazungumzo.

Tuseme kazi yetu ni kuondoa obiti ya Dunia, tukisogeza mbali na Jua karibu nusu ya umbali kutoka mahali ilipo sasa, hadi mahali ilipo Mirihi sasa. Mashirika yanayoongoza ulimwenguni kote yamekuwa yakizingatia na hata kufanyia kazi wazo la kuondoa miili midogo ya angani (asteroids) kutoka kwa njia zao, ambayo katika siku zijazo itasaidia kulinda Dunia kutokana na athari za nje. Chaguzi zingine hutoa suluhisho la uharibifu sana: mlipuko wa nyuklia karibu au kwenye asteroid; matumizi ya "kinetic impactor", jukumu ambalo, kwa mfano, linaweza kuchezwa na chombo cha anga kinacholenga kugongana na kitu kwa kasi ya juu ili kubadilisha trajectory yake. Lakini kwa kadiri Dunia inavyohusika, chaguzi hizi hakika hazitafanya kazi kwa sababu ya asili yao ya uharibifu.

Katika mfumo wa mbinu zingine, inapendekezwa kutoa asteroids kutoka kwa trajectory hatari kwa kutumia spacecraft, ambayo itafanya kama tugs, au kwa msaada wa spaceships kubwa, ambayo, kwa sababu ya mvuto wao, itaondoa kitu hatari kutoka kwa Dunia. Tena, hii haitafanya kazi na Dunia, kwani wingi wa vitu hautalinganishwa kabisa.

Mitambo ya umeme

Labda mtaonana, lakini tumekuwa tukihamisha Dunia kutoka kwa obiti yetu kwa muda mrefu. Kila wakati uchunguzi mwingine unapoondoka kwenye sayari yetu ili kuchunguza ulimwengu mwingine wa mfumo wa jua, roketi ya kubeba inayoibeba huunda msukumo mdogo (kwa kiwango cha sayari, bila shaka) na kutenda kwenye Dunia, ikisukuma kuelekea kinyume na mwendo wake. Mfano ni risasi kutoka kwa silaha na kurudi nyuma. Kwa bahati nzuri kwetu (lakini kwa bahati mbaya kwa "mpango wetu wa kuondoa obiti ya Dunia"), athari hii haionekani kwa sayari.

Kwa sasa, roketi yenye utendaji wa juu zaidi duniani ni American Falcon Heavy kutoka SpaceX. Lakini tutahitaji takriban quintilioni 300 za kuzinduliwa za wabebaji hawa zikiwa zimejazwa kikamilifu ili kutumia njia iliyoelezwa hapo juu kusogeza mzunguko wa Dunia hadi Mihiri. Zaidi ya hayo, wingi wa nyenzo zinazohitajika kuunda roketi hizi zote zitakuwa sawa na asilimia 85 ya wingi wa sayari yenyewe.

Matumizi ya motors za umeme, hasa ionic, ambayo hutoa mkondo wa chembe za kushtakiwa, kutokana na ambayo kasi hutokea, itakuwa njia bora zaidi ya kutoa kasi kwa wingi. Na ikiwa tutaweka injini kadhaa kama hizo upande mmoja wa sayari yetu, mwanamke wetu mzee wa Dunia anaweza kusafiri kupitia mfumo wa jua.

Ukweli, katika kesi hii, injini za vipimo vya kweli zitahitajika. Watahitaji kusanikishwa kwa urefu wa kilomita 1000 juu ya usawa wa bahari, nje ya angahewa ya dunia, lakini wakati huo huo zimewekwa kwa usalama kwenye uso wa sayari ili nguvu ya kusukuma iweze kupitishwa kwake. Kwa kuongezea, hata boriti ya ioni ikitolewa kwa umbali wa kilomita 40 kwa sekunde katika mwelekeo tunaotaka, bado tunahitaji kutoa sawa na asilimia 13 ya uzito wa Dunia kama chembe za ioni ili kusonga asilimia 87 iliyobaki ya uzito wa sayari.

Meli nyepesi

Kwa kuwa mwanga hubeba kasi lakini hauna wingi, tunaweza pia kutumia mwaliko wenye nguvu sana unaoendelea na unaolenga, kama vile leza, ili kuondoa sayari. Katika kesi hii, itawezekana kutumia nishati ya Jua yenyewe, bila kwa njia yoyote kutumia wingi wa Dunia yenyewe. Lakini hata na mfumo wa laser wa gigawati 100 wenye nguvu sana, ambao umepangwa kutumika katika mradi wa kilele wa Starshot, ambao wanasayansi wanataka kutuma uchunguzi mdogo wa nafasi kwa nyota iliyo karibu na mfumo wetu kwa kutumia boriti ya laser, tutahitaji tatu. miaka quintilioni ya mpigo wa laser unaoendelea kufikia lengo letu la kubadilisha obiti.

Mwangaza wa jua unaweza kuakisiwa moja kwa moja kutoka kwenye tanga kubwa la jua ambalo litakuwa angani lakini likiwa limetia nanga kwenye Dunia. Kama sehemu ya utafiti uliopita, wanasayansi wamegundua kwamba hii ingehitaji diski ya kuakisi mara 19 ya kipenyo cha sayari yetu. Lakini katika kesi hii, ili kufikia matokeo, itabidi kusubiri karibu miaka bilioni moja.

Billiards za kimataifa

Chaguo jingine linalowezekana la kuondoa Dunia kutoka kwa obiti yake ya sasa ni njia inayojulikana ya kubadilishana kasi kati ya miili miwili inayozunguka ili kubadilisha kasi yao. Mbinu hii pia inajulikana kama usaidizi wa mvuto. Njia hii mara nyingi hutumiwa katika misheni ya utafiti wa sayari. Kwa mfano, chombo cha anga za juu cha Rosetta kilichotembelea comet 67P mwaka wa 2014-2016, kama sehemu ya safari yake ya miaka kumi kwenye kitu cha utafiti, kilitumia msaada wa mvuto kuzunguka Dunia mara mbili, mwaka wa 2005 na 2007.

Kama matokeo, uwanja wa mvuto wa Dunia kila wakati ulitoa kuongeza kasi kwa Rosetta, ambayo isingewezekana kufanikiwa kwa matumizi ya injini za kifaa yenyewe. Dunia pia ilipata kasi tofauti na sawa ya kuongeza kasi ndani ya mfumo wa ujanja huu wa mvuto, hata hivyo, bila shaka, hii haikuwa na athari ya kupimika kwa sababu ya wingi wa sayari yenyewe.

Lakini vipi ikiwa unatumia kanuni hiyo hiyo, lakini na kitu kikubwa zaidi kuliko chombo cha anga? Kwa mfano, asteroids sawa wanaweza kubadilisha trajectories zao chini ya ushawishi wa mvuto wa Dunia. Ndio, ushawishi wa kuheshimiana wa wakati mmoja kwenye mzunguko wa Dunia hautakuwa na maana, lakini kitendo hiki kinaweza kurudiwa mara nyingi ili hatimaye kubadilisha nafasi ya mzunguko wa sayari yetu.

Maeneo fulani ya mfumo wetu wa jua "yana vifaa" vilivyo na miili mingi ndogo ya angani, kama vile asteroids na comets, ambayo wingi wake ni mdogo kutosha kuwasogeza karibu na sayari yetu kwa kutumia teknolojia zinazofaa na za kweli kabisa katika suala la maendeleo.

Kwa hesabu ya uangalifu sana ya trajectory, inawezekana kabisa kutumia njia inayoitwa "delta-v-displacement", wakati mwili mdogo unaweza kuhamishwa kutoka kwa obiti yake kama matokeo ya njia ya karibu ya Dunia, ambayo. itatoa kasi kubwa zaidi kwa sayari yetu. Haya yote, kwa kweli, yanasikika kuwa ya kupendeza sana, lakini tafiti za mapema zilifanywa ambazo ziligundua kuwa katika kesi hii tutahitaji milioni ya vifungu vya karibu vya asteroid, na kila moja lazima ifanyike katika kipindi cha miaka elfu kadhaa, vinginevyo tutakuwa. marehemu kwa wakati huo wakati Jua linapanuka sana hivi kwamba maisha duniani hayawezekani.

hitimisho

Kati ya chaguo zote zilizoelezwa leo, kutumia asteroids nyingi kwa usaidizi wa mvuto inaonekana kuwa ya kweli zaidi. Hata hivyo, katika siku zijazo, matumizi ya mwanga inaweza kuwa mbadala inayofaa zaidi, bila shaka, ikiwa tunajifunza jinsi ya kuunda miundo kubwa ya cosmic au mifumo ya laser yenye nguvu zaidi. Kwa vyovyote vile, teknolojia hizi zinaweza pia kuwa muhimu kwa uchunguzi wetu wa anga za juu.

Na bado, licha ya uwezekano wa kinadharia na uwezekano wa uwezekano wa vitendo katika siku zijazo, kwa ajili yetu, labda chaguo la kufaa zaidi kwa ajili ya wokovu itakuwa makazi mapya kwa sayari nyingine, kwa mfano, Mars sawa, ambayo inaweza kuishi kifo cha Sun yetu. Baada ya yote, ubinadamu kwa muda mrefu umekuwa ukiiangalia kama nyumba ya pili ya ustaarabu wetu. Na ikiwa pia utazingatia jinsi itakavyokuwa ngumu kutekeleza wazo la kuhamishwa kwa mzunguko wa Dunia, kutawala Mars na uwezekano wa kuiweka ardhini ili kuipa sayari mwonekano unaoweza kuishi zaidi inaweza isionekane kama kazi ngumu kama hiyo.