في فيلم الخيال العلمي الصيني The Wandering Earth ، الذي تم إصداره مؤخرًا على Netflix ، تحاول البشرية تغيير مدار الأرض باستخدام الدفعات الهائلة من أجل الهروب من الشمس المتوسعة ومنع التصادم مع المشتري.
قد يتحقق السيناريو يومًا ما. في غضون خمسة مليارات سنة ، ستنفد الشمس من الوقود وتتوسع ، ومن المرجح أن تبتلع الأرض. التهديد الأكثر إلحاحًا هو كارثة نهاية العالم. يمكن أن يكون نقل الأرض إلى مدار أوسع حلاً - وهو ممكن نظريًا.
ولكن كيف يمكن أن نتعامل معها وما هي التحديات الهندسية؟ من أجل الجدل ، لنفترض أننا نهدف إلى تحريك الأرض من مدارها الحالي إلى مدار أبعد بنسبة 50٪ من الشمس ، على غرار كوكب المريخ.
لقد ابتكرنا تقنيات لنقل الأجسام الصغيرة - الكويكبات - من مدارها لسنوات عديدة ، بشكل أساسي لحماية كوكبنا من التأثيرات. ويستند البعض إلى عمل مندفع ، وغالبا ما يكون مدمرا: انفجار نووي بالقرب من سطح الكويكب أو على سطحه ، أو "صدمة حركية" ، على سبيل المثال مركبة فضائية تتصادم مع الكويكب بسرعة عالية. من الواضح أنها لا تنطبق على الأرض بسبب طبيعتها المدمرة.
وبدلاً من ذلك ، تتضمن التقنيات الأخرى دفعًا لطيفًا ومتواصلًا للغاية لفترة طويلة ، يتم توفيره بواسطة زورق سحب يرسو على سطح الكويكب ، أو مركبة فضائية تحوم بالقرب منه (تدفع عبر الجاذبية أو طرق أخرى). لكن هذا سيكون مستحيلاً بالنسبة للأرض حيث أن كتلته هائلة مقارنة بأكبر الكويكبات.
الدفاعات الكهربائية
لقد قمنا بالفعل بنقل الأرض من مدارها. في كل مرة يغادر المسبار الأرض إلى كوكب آخر ، فإنه يضفي دفعة صغيرة على الأرض في الاتجاه المعاكس ، على غرار ارتداد البندقية. لحسن الحظ بالنسبة لنا - ولكن لسوء الحظ لغرض تحريك الأرض - فإن هذا التأثير صغير جدًا.
فالكون هي مركبة الإطلاق الأكثر قدرة اليوم. سنحتاج إلى 300 مليار عملية إطلاق بكامل طاقتها من أجل تحقيق التغيير في مدار المريخ. المواد التي تشكل كل هذه الصواريخ ستعادل 85 ٪ من الأرض ، تاركة 15 ٪ فقط من الأرض في مدار المريخ.
يعد الدافع الكهربائي طريقة أكثر فاعلية لتسريع الكتلة - خاصة محركات الأيونات ، والتي تعمل عن طريق إطلاق تيار من الجسيمات المشحونة التي تدفع السفينة إلى الأمام. يمكن أن نشير ونطلق صاروخًا كهربائيًا في الاتجاه اللاحق لمدار الأرض.
يجب أن يكون الدافع الكبير 1000 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر ، خارج الغلاف الجوي للأرض ، ولكن لا يزال متصلًا بقوة بالأرض مع حزمة صلبة ، لنقل قوة الدفع. مع إطلاق شعاع أيوني بسرعة 40 كيلومترًا في الثانية في الاتجاه الصحيح ، ما زلنا بحاجة إلى إخراج ما يعادل 13 ٪ من كتلة الأرض في الأيونات لتحريك 87 ٪ المتبقية.
الإبحار على ضوء
نظرًا لأن الضوء يحمل زخمًا ، ولكن ليس له كتلة ، فقد نتمكن أيضًا من تشغيل شعاع ضوء مركز بشكل مستمر ، مثل الليزر. سيتم تجميع الطاقة المطلوبة من الشمس ، ولن يتم استهلاك كتلة الأرض. حتى باستخدام مصنع الليزر الضخم 100 جيجاوات المتوخى من خلال مشروع Breakthrough Starshot ، والذي يهدف إلى دفع المركبات الفضائية خارج النظام الشمسي لاستكشاف النجوم المجاورة ، سيستغرق الأمر ثلاثة مليارات مليار سنة من الاستخدام المتواصل لتحقيق التغيير المداري.
ولكن يمكن أيضًا أن ينعكس الضوء مباشرة من الشمس إلى الأرض باستخدام الشراع الشمسي المتمركز بجوار الأرض. وقد أظهر الباحثون أنها ستحتاج إلى قرص عاكس أكبر 19 مرة من قطر الأرض لتحقيق التغيير المداري على مقياس زمني يبلغ مليار سنة.
بلياردو الكواكب
تقنية معروفة لجسمان مداريان لتبادل الزخم وتغيير سرعتهما هي مع ممر قريب ، أو مقلاع جاذبية. تم استخدام هذا النوع من المناورة على نطاق واسع من قبل المسابر بين الكواكب. على سبيل المثال ، مرت المركبة الفضائية روزيتا التي زارت المذنب 67P في 2014-2016 ، خلال رحلتها التي استمرت عشر سنوات إلى المذنب مرت بالقرب من الأرض مرتين ، في 2005 و 2007.
ونتيجة لذلك ، نقل مجال الجاذبية الأرضية تسارعًا كبيرًا إلى Rosetta ، والذي كان من الصعب تحقيقه فقط باستخدام الدفع. ونتيجة لذلك ، تلقت الأرض دفعة متساوية وعكسية - على الرغم من أن هذا لم يكن له أي تأثير قابل للقياس بسبب كتلة الأرض.
ولكن ماذا لو تمكنا من إجراء مقلاع باستخدام شيء أكبر بكثير من مركبة فضائية؟ يمكن بالتأكيد إعادة توجيه الكويكبات بواسطة الأرض ، وبينما سيكون التأثير المتبادل على مدار الأرض ضئيلًا ، يمكن تكرار هذا الإجراء عدة مرات لتحقيق تغيير كبير في مدار الأرض في نهاية المطاف.
بعض مناطق النظام الشمسي كثيفة مع أجسام صغيرة مثل الكويكبات والمذنبات ، وكتلة الكثير منها صغيرة بما يكفي لتحريكها بتقنية واقعية ، ولكن لا تزال أوامر بحجم أكبر من ما يمكن إطلاقه بشكل واقعي من الأرض.
من خلال تصميم المسار الدقيق ، من الممكن استغلال ما يسمى برافعة Δv - يمكن دفع جسم صغير خارج مداره ونتيجة لذلك يتأرجح عبر الأرض ، مما يوفر دفعة أكبر بكثير لكوكبنا. قد يبدو هذا مثيرًا ، ولكن تم تقدير أننا سنحتاج إلى مليون تمريرة قريبة من الكويكب ، كل منها متباعد على بعد بضعة آلاف من السنين ، لمواكبة توسع الشمس.
الحكم
من بين جميع الخيارات المتاحة ، يبدو أن استخدام مقاليع الكويكبات المتعددة هو الأكثر قابلية للتحقيق الآن. ولكن في المستقبل ، قد يكون استغلال الضوء هو المفتاح - إذا تعلمنا كيفية بناء هياكل فضاء عملاقة أو صفائف ليزر فائقة القوة. يمكن استخدام هذه أيضًا لاستكشاف الفضاء.
ولكن في حين أن ذلك ممكن نظريًا ، وقد يكون يومًا ما ممكنًا من الناحية التقنية ، فقد يكون من السهل بالفعل نقل جنسنا البشري إلى كوكبنا المجاور ، المريخ ، والذي قد ينجو من تدمير الشمس. لقد هبطنا بالفعل على سطحه ورحلنا به عدة مرات.
بعد النظر في مدى صعوبة تحريك الأرض ، قد لا يبدو استعمار المريخ ، مما يجعله صالحًا للسكن ونقل سكان الأرض هناك بمرور الوقت ، بهذه الصعوبة بعد كل شيء.
ماتيو سيريوتي ، محاضر في هندسة أنظمة الفضاء ، جامعة غلاسكو
