Trái đất sẽ ra sao sau sự dịch chuyển quỹ đạo? Quan điểm của kỹ sư

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Trong bộ phim khoa học viễn tưởng Trung Quốc Wandering Earth, do Netflix phát hành, nhân loại sử dụng những động cơ khổng lồ được lắp đặt xung quanh hành tinh, cố gắng thay đổi quỹ đạo của Trái đất để tránh bị phá hủy bởi Mặt trời đang chết và đang giãn nở, cũng như để ngăn chặn một vụ va chạm với Sao Mộc… Một kịch bản về ngày tận thế vũ trụ như vậy một ngày nào đó có thể thực sự xảy ra. Trong khoảng 5 tỷ năm nữa, mặt trời của chúng ta sẽ hết nhiên liệu cho một phản ứng nhiệt hạch, nó sẽ nở ra và rất có thể sẽ nuốt chửng hành tinh của chúng ta. Tất nhiên, ngay cả khi chúng ta sẽ chết sớm hơn do nhiệt độ toàn cầu tăng lên, nhưng việc thay đổi quỹ đạo của Trái đất thực sự có thể là một giải pháp cần thiết để tránh một thảm họa, ít nhất là trên lý thuyết.

Nhưng làm thế nào nhân loại có thể đương đầu với một nhiệm vụ kỹ thuật cực kỳ phức tạp như vậy? Kỹ sư hệ thống vũ trụ Matteo Ceriotti từ Đại học Glasgow đã chia sẻ một số tình huống có thể xảy ra trên các trang của The Conversetion.

Giả sử nhiệm vụ của chúng ta là dịch chuyển quỹ đạo của Trái đất, di chuyển nó ra khỏi Mặt trời khoảng một nửa khoảng cách từ vị trí hiện tại của nó đến vị trí của sao Hỏa bây giờ. Các cơ quan vũ trụ hàng đầu trên thế giới từ lâu đã xem xét và thậm chí đang nghiên cứu ý tưởng dịch chuyển các thiên thể nhỏ (tiểu hành tinh) ra khỏi quỹ đạo của chúng, trong tương lai sẽ giúp bảo vệ Trái đất khỏi các tác động bên ngoài. Một số lựa chọn đưa ra giải pháp có tính hủy diệt cao: một vụ nổ hạt nhân gần hoặc trên tiểu hành tinh; việc sử dụng "tác động động học", ví dụ, vai trò của nó có thể được thực hiện bởi một tàu vũ trụ nhằm va chạm với một vật thể ở tốc độ cao để thay đổi quỹ đạo của nó. Nhưng đối với Trái đất, những lựa chọn này chắc chắn sẽ không hoạt động do tính chất hủy diệt của chúng.

Trong khuôn khổ các phương pháp tiếp cận khác, người ta đề xuất rút các tiểu hành tinh ra khỏi quỹ đạo nguy hiểm bằng cách sử dụng tàu vũ trụ, tàu sẽ hoạt động như tàu kéo hoặc với sự trợ giúp của tàu vũ trụ lớn hơn, do lực hấp dẫn của chúng, sẽ rút vật thể nguy hiểm khỏi Trái đất. Một lần nữa, điều này sẽ không hiệu quả với Trái đất, vì khối lượng của các vật thể sẽ hoàn toàn không thể so sánh được.

Xe máy điện

Bạn có thể sẽ nhìn thấy nhau, nhưng chúng ta đã dịch chuyển Trái đất khỏi quỹ đạo của chúng ta trong một thời gian dài. Mỗi khi một tàu thăm dò khác rời hành tinh của chúng ta để nghiên cứu các thế giới khác trong hệ mặt trời, tên lửa mang nó sẽ tạo ra một xung lực cực nhỏ (tất nhiên là trên quy mô hành tinh) và tác động lên Trái đất, đẩy nó theo hướng ngược lại với chuyển động của nó. Một ví dụ là một cú bắn từ vũ khí và kết quả là độ giật. May mắn thay cho chúng ta (nhưng không may cho "kế hoạch dịch chuyển quỹ đạo Trái đất" của chúng ta), hiệu ứng này gần như vô hình đối với hành tinh.

Hiện tại, tên lửa hiệu suất cao nhất trên thế giới là American Falcon Heavy của SpaceX. Nhưng chúng ta sẽ cần khoảng 300 nghìn tỷ lần phóng các tàu sân bay này ở mức đầy tải để sử dụng phương pháp được mô tả ở trên để di chuyển quỹ đạo của Trái đất đến sao Hỏa. Hơn nữa, khối lượng vật liệu cần thiết để tạo ra tất cả các tên lửa này sẽ tương đương với 85% khối lượng của chính hành tinh.

Việc sử dụng động cơ điện, đặc biệt là động cơ ion, giải phóng một dòng hạt mang điện, do đó gia tốc xảy ra, sẽ là một cách hiệu quả hơn để truyền gia tốc cho khối lượng. Và nếu chúng ta lắp đặt một số động cơ như vậy ở một phía của hành tinh, người phụ nữ Trái đất già của chúng ta thực sự có thể thực hiện một cuộc hành trình xuyên qua hệ mặt trời.

Đúng, trong trường hợp này, các động cơ có kích thước thực sự khổng lồ sẽ được yêu cầu. Chúng sẽ cần được lắp đặt ở độ cao khoảng 1000 km so với mực nước biển, bên ngoài bầu khí quyển của trái đất, nhưng đồng thời được cố định chắc chắn vào bề mặt hành tinh để có thể truyền lực đẩy tới nó. Ngoài ra, ngay cả với một chùm ion phóng ra với tốc độ 40 km / giây theo hướng mong muốn, chúng ta vẫn cần phóng ra các hạt ion tương đương 13% khối lượng Trái đất để di chuyển 87% khối lượng còn lại của hành tinh.

Cánh buồm nhẹ

Vì ánh sáng mang theo động lượng nhưng không có khối lượng, chúng ta cũng có thể sử dụng chùm ánh sáng liên tục và hội tụ rất mạnh, chẳng hạn như tia laser, để dịch chuyển hành tinh. Trong trường hợp này, có thể sử dụng năng lượng của chính Mặt trời mà không cần sử dụng đến khối lượng của chính Trái đất theo bất kỳ cách nào. Nhưng ngay cả với một hệ thống laser 100 gigawatt cực kỳ mạnh mẽ, được lên kế hoạch sử dụng trong dự án Starshot đỉnh cao, trong đó các nhà khoa học muốn gửi một tàu thăm dò không gian nhỏ đến ngôi sao gần nhất với hệ thống của chúng ta bằng chùm tia laser, chúng ta sẽ cần ba nghìn tỷ năm xung laser liên tục để đáp ứng mục tiêu đảo ngược quỹ đạo của chúng ta.

Ánh sáng mặt trời có thể bị phản xạ trực tiếp từ một cánh buồm mặt trời khổng lồ sẽ ở trong không gian nhưng được neo vào Trái đất. Là một phần của nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng điều này đòi hỏi một đĩa phản xạ có đường kính gấp 19 lần đường kính của hành tinh chúng ta. Nhưng trong trường hợp này, để đạt được kết quả, bạn sẽ phải đợi khoảng một tỷ năm.

Bida liên hành tinh

Một lựa chọn khả thi khác để đưa Trái đất ra khỏi quỹ đạo hiện tại của nó là phương pháp trao đổi động lượng giữa hai vật thể đang quay để thay đổi gia tốc của chúng. Kỹ thuật này còn được gọi là hỗ trợ trọng lực. Phương pháp này thường được sử dụng trong các nhiệm vụ nghiên cứu liên hành tinh. Ví dụ, tàu vũ trụ Rosetta đã đến thăm sao chổi 67P vào năm 2014-2016, trong hành trình kéo dài 10 năm tới đối tượng nghiên cứu, đã sử dụng lực hấp dẫn xung quanh Trái đất hai lần, vào năm 2005 và năm 2007.

Kết quả là, trường hấp dẫn của Trái đất mỗi lần lại truyền cho Rosetta một gia tốc tăng lên, điều này sẽ không thể đạt được nếu chỉ sử dụng các động cơ của chính bộ máy. Trái đất cũng nhận được một xung lượng gia tốc ngược chiều và bằng nhau trong khuôn khổ của các chuyển động hấp dẫn này, tuy nhiên, tất nhiên, điều này không có tác dụng đo lường được do khối lượng của chính hành tinh.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu bạn sử dụng cùng một nguyên tắc, nhưng với một thứ có khối lượng lớn hơn tàu vũ trụ? Ví dụ, các tiểu hành tinh giống nhau chắc chắn có thể thay đổi quỹ đạo của chúng dưới tác động của lực hấp dẫn của Trái đất. Đúng, ảnh hưởng lẫn nhau một lần lên quỹ đạo Trái đất sẽ không đáng kể, nhưng hành động này có thể được lặp lại nhiều lần để cuối cùng thay đổi vị trí quỹ đạo của hành tinh chúng ta.

Một số khu vực trong hệ mặt trời của chúng ta được trang bị khá dày đặc với nhiều thiên thể nhỏ, chẳng hạn như tiểu hành tinh và sao chổi, khối lượng của chúng đủ nhỏ để kéo chúng đến gần hành tinh của chúng ta hơn bằng cách sử dụng các công nghệ phù hợp và khá thực tế về mặt phát triển.

Với sự tính toán rất cẩn thận về quỹ đạo, hoàn toàn có thể sử dụng cái gọi là phương pháp "chuyển vị delta-v", khi một vật thể nhỏ có thể bị dịch chuyển khỏi quỹ đạo của nó do tiếp cận gần Trái đất, điều này sẽ cung cấp một động lực lớn hơn nhiều cho hành tinh của chúng ta. Tất nhiên, tất cả những điều này nghe có vẻ rất tuyệt, nhưng các nghiên cứu trước đó đã được thực hiện đã xác định rằng trong trường hợp này, chúng ta sẽ cần một triệu đoạn gần tiểu hành tinh như vậy, và mỗi đoạn trong số chúng phải xảy ra trong khoảng vài nghìn năm, nếu không chúng ta sẽ muộn vào thời điểm đó khi Mặt trời mở rộng quá mức khiến sự sống trên Trái đất trở nên bất khả thi.

kết luận

Trong số tất cả các lựa chọn được mô tả ngày nay, sử dụng nhiều tiểu hành tinh để hỗ trợ trọng lực dường như là thực tế nhất. Tuy nhiên, trong tương lai, tất nhiên, việc sử dụng ánh sáng có thể trở thành một giải pháp thay thế phù hợp hơn nếu chúng ta học cách tạo ra các cấu trúc vũ trụ khổng lồ hoặc hệ thống laser siêu mạnh. Trong mọi trường hợp, những công nghệ này cũng có thể hữu ích cho việc khám phá không gian trong tương lai của chúng ta.

Chưa hết, bất chấp khả năng lý thuyết và khả năng khả thi thực tế trong tương lai, đối với chúng ta, có lẽ lựa chọn phù hợp nhất để cứu rỗi sẽ là tái định cư đến một hành tinh khác, ví dụ, cùng một sao Hỏa, có thể tồn tại sau cái chết của Mặt trời của chúng ta. Xét cho cùng, nhân loại từ lâu đã xem nó như một ngôi nhà thứ hai tiềm năng cho nền văn minh của chúng ta. Và nếu bạn cũng cân nhắc xem sẽ khó khăn như thế nào để thực hiện ý tưởng về sự dịch chuyển quỹ đạo của Trái đất, thuộc địa hóa của sao Hỏa và khả năng biến nó thành địa hình để mang lại cho hành tinh này một diện mạo dễ sống hơn có vẻ không phải là một nhiệm vụ khó khăn như vậy.