Kann eine Änderung der Umlaufbahn den Planeten Erde retten?

Eine globale Apokalypse könnte näher sein, als Sie denken.

Laut Astronomen wird der Sonne in etwa fünf Milliarden Jahren der Wasserstoff in ihrem Kern vollständig ausgehen und erweitern, möglicherweise die Erde verschlingen . Nun, das ist eine strahlende Zukunft, die Sie nicht wollen. SpaceX-CEO Elon Musk hat kürzlich getwittert dass die Ausdehnung der Sonne zum Aussterben allen Lebens auf dem Planeten führen würde, was interplanetares Leben zu einer Notwendigkeit machen würde. Musk sagte dies als Antwort auf a Papierwarnung vor Massensterben durch menschliche Aktivitäten, argumentiert für die Notwendigkeit, an Wegen zu arbeiten, sich von der Welt wegzubewegen. Obwohl uns noch die Technologie fehlt, um auf anderen Welten zu leben, stehen wir möglicherweise vor einer unmittelbareren Katastrophe – Klimawandel und globale Erwärmung.

Die Emission von Treibhausgasen hat das Temperatur- und Klimamuster unseres Planeten erheblich verändert. Nach sechs führenden internationalen Datensätzen Von der Weltorganisation für Meteorologie konsolidiert, war 2021 eines der sieben wärmsten Jahre seit Beginn der Aufzeichnungen. Und diese wärmsten sieben Jahre sind alle seit 2015 aufgetreten, wobei 2016, 2019 und 2020 die ersten drei bildeten. Ein starkes El Nino-Ereignis, das stattgefunden hatim Jahr 2016 trug auch zur Erfassung der globalen Durchschnittserwärmung bei. Wissenschaftler sagen voraus, dass iEin verstärkter Anstieg der Treibhausgaskonzentration wird weiterhin einen signifikanten Temperaturanstieg verursachen und möglicherweise sogar einen Großteil des Polareises zum Schmelzen bringen. Und es gibt noch eine weitere Sorge – die Energiemenge, die die Erde erreicht, ist sehr langsam mit der Zeit ansteigend. Dieser Anstieg wird schließlich ernsthafte Probleme für die Erde verursachen und dazu führen, dass der Planet eines Tages so heiß wird, dass die Ozeane der Erde kochen werden.

Gegenwärtig dreht sich die geltende Politik zur Verhinderung der globalen Erwärmung um die Verringerung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und die Investition in umweltfreundlichere und sauberere Energiequellen. Trotz verschiedener solcher Versprechen, den Klimawandel zu verlangsamen, Experten glauben, dass das Pariser Abkommen nicht ausreichen wird um zu verhindern, dass die globale Durchschnittstemperatur auf oder über 2,7°Fahrenheit 1,5°Celcius ansteigt.

Jetzt hat Sohrab Rahvar, ein Astronom und Professor für Physik an der Sharif University of Technology, Iran, beschlossen, die Herausforderungen eines sich erwärmenden Planeten und einer strahlenderen Sonne anzunehmen.In einem Preprint-Papier, das noch nicht begutachtet wurde, Rahvar hat einen Vorschlag gemacht, wie die globale Temperatur unseres Planeten gesenkt werden kann. Rahvars Artikel schlägt vor, dass wir mithilfe der Gravitationsunterstützung durch Asteroiden den Umlaufabstand der Erde von der Sonne vergrößern und den Planeten in eine kühlere Position bringen können.

Was sagen?

Eine Sache, von der wir im Allgemeinen dachten, dass wir uns darauf verlassen könnten, ist die Stabilität der Erdumlaufbahn.Laut einem Artikel in großes DenkenIn den letzten 4,5 Milliarden Jahren ist die Umlaufbahn der Erde um die Sonne praktisch unverändert geblieben, selbst angesichts der Einschläge riesiger Meteoriten, der Bildung von Monden und der anhaltenden Verlangsamung der Rotation unseres Planeten.

Es besteht eine Wahrscheinlichkeit von mehr als 99 Prozent, dass Die Umlaufbahn der Erde bleibt unverändert. Dies könnte jedoch zu einer letztendlich unvermeidlichen Katastrophe für den gesamten Planeten führen.

Rahvars Vordruckpapier schlägt eine Operation vor, die den Gravitations-unterstützten Mechanismus der Vorbeiflugbewegung der Asteroiden nahe an der Erde nutzt. Um dies näher auszuführen, schlägt Rahvar vor, die Umlaufbahn von Asteroiden im Asteroidengürtel zu manipulieren, indem Sonnensegel und Antriebsmotoren verwendet werden, um diese zu führen in Richtung der Umlaufbahn des Mars.

Der Effekt der Gravitationsstreuung, bei der ein großes Objekt ein kleineres streuen und dadurch eine gleiche und entgegengesetzte resultierende Kraft auf sich selbst erzeugen kann, könnte zur Verstärkung genutzt werden. die Umlaufbahn der Erde, die folglich die Temperatur der Erde abkühlen würde. Nun, während dies wie eine großartige, aufregende Idee klingt, war der Antrieb der Erde in eine andere Umlaufbahn nur eine der unzähligen Lösungen, die vorgeschlagen wurden, um dem Klimawandel entgegenzuwirken. Mehrwie ein Plan Z, wirklich.

Im Vorabdruck berechnet Rahvar die Zunahme der Umlaufbahn der Erde für jede Streuung und untersucht die Durchführbarkeit dieses Projekts. Praktisch viel?

Aber warte, was ist Schwerkraftunterstützung und wie kann sie implementiert werden?

Rahvar schlägt vor, die Asteroiden mithilfe der Schwerkraftunterstützung zu bewegen. Dies wurde zuerst von den Raumfahrtpionieren Friedrich Zander und Yuri Kondratyuk in ihren 1925 bzw. 1938 veröffentlichten Arbeiten vorgeschlagen. Das Schwerkraftunterstützungsmanöver ist eine Technik, bei dem ein Raumfahrzeug seine Umlaufbahnenergie und seinen Drehimpuls ändert, indem es sich einem Himmelskörper nah nähert und die Schwerkraft des Körpers als Schleuder nutzt. Dies führt zu einer großen Reduzierung des Treibstoffverbrauchs und der Flugzeit. Es wurde erstmals 1959 implementiertvon der sowjetischen Sonde Luna 3 bei ihrer Mission, die andere Seite des Erdmondes zu fotografieren. Seitdem haben eine Reihe von interplanetaren Sonden, darunter die Voyagers, Mariner oder Galileo, die Technik aus diesem Grund angewendet.

Die meisten Asteroiden im Sonnensystem bewegen sich auf derselben Ebene wie die Planeten, innerhalb von 3 Grad der Ekliptik. Eine große Anzahl von Asteroiden, die uns am nächsten sind, befinden sich im Asteroidengürtel zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter. Um die gravitative Wechselwirkung von Asteroiden mit der Erde zu haben, muss der Umlaufabstand zwischen ihnen und der Sonne seinreduziert. Dafür schlägt der Autor die Verwendung von Sonnensegeln vor. Bei der vorgeschlagenen Methode würde die Umlaufgeschwindigkeit einer Reihe von Asteroiden im Gürtel unter Verwendung von Sonnensegeln verringert, um eine Bremswirkung zu erzielen - die Asteroiden auf niedrigere Umlaufbahnen zu bringen.

Ein Sonnensegel-Raumschiff hat enorme reflektierende Segel, die den Impuls von Lichtphotonen von der Sonne einfangen und diesen Impuls nutzen, um das Raumschiff vorwärts zu schieben. Das Sonnensegel würde an den identifizierten Asteroiden befestigt und verwendet, um die Umlaufgeschwindigkeit der Asteroiden zu verlangsamen und zu verringernDas Ergebnis wäre eine spiralförmige Bewegung von Asteroiden in Richtung der unteren Umlaufbahnen.

Rahvars Theorie ist, dass wenn diese Asteroiden passieren die Erde, ihre Gravitationskraft würde zu einem leichten Widerstand auf der Erde führen, sie aus ihrer bestehenden Umlaufbahn ziehen und sie weit entfernt auf eine neue bringen. Dies würde die Erde weiter von der Sonne entfernt platzieren und die Erde insgesamt verringernOberflächentemperatur.

Pläne zur Änderung der Umlaufbahn begannen vor Jahrzehnten

2001 eine Gruppe von Astronomen und Ingenieuren bei der NASA Ames Research Center in Kalifornien, wies auf die Idee hin, dass die Lebensdauer unseres Planeten um weitere sechs Milliarden Jahre verlängert und damit seine Lebensdauer verdoppelt werden könnte, indem der Planet an einen kühleren Ort gebracht wird.

Ihre Idee? Dieselben Techniken werden von Wissenschaftlern verwendet, um Asteroiden oder Kometen abzulenken, die auf die Erde zusteuern. Dr. Gregory Laughlin, derzeit Professor für Astronomie, Direktor für Undergraduate Studies an der Yale University, und seine Kollegen Don Korycansky und Fred Adams haben vorgeschlagenein Plan, der darin besteht, einen Kometen oder Asteroiden so zu lenken, dass er dicht an unserem Planeten vorbeifegt und einen Teil seiner Gravitationsenergie auf die Erde überträgt.

Im Interview mit Der Wächter, sagte Laughlin, „Die Umlaufgeschwindigkeit der Erde würde dadurch zunehmen und wir würden uns in eine höhere, von der Sonne entfernte Umlaufbahn bewegen.“

Nachdem der Komet die Erde passiert hat, wird er so ausgerichtet, dass er in der Nähe von Jupiter oder Saturn vorbeifliegt, wo der umgekehrte Prozess ablaufen würde. Der Komet würde Energie von diesen Planeten aufnehmen. Seine Umlaufbahn würde ihn zurück zur Erde und den Prozess bringen"Alles, was Sie tun müssen, ist, eine chemische Rakete an einen Asteroiden oder Kometen zu schnallen und sie genau zum richtigen Zeitpunkt abzufeuern. Es ist grundlegende Raketenwissenschaft", sagte Laughlin. Der Wächter.

Die Gruppe räumte jedoch die Mängel des Plans ein, die drastische Folgen haben könnten. Um den Asteroiden oder Kometen auf die Erde zu lenken, wären sehr genaue Berechnungen erforderlich. Die kleinste Fehleinschätzung im Orbit könnte ihn direkt auf den Planeten feuern. In ihrem Artikel in Astrophysik und Weltraumwissenschaft, erklärten die Forscher: „Die Kollision eines Objekts mit einem Durchmesser von 100 Kilometern mit der Erde mit kosmischer Geschwindigkeit würde die Biosphäre am effektivsten sterilisieren, zumindest bis auf das Niveau von Bakterien. Die Gefahr kann nicht genug betont werden.“

Schneller Vorlauf bis 2019, ein Artikel in Das Gespräch von Matteo Cériotti, Dozent für Raumfahrtsystemtechnik an der Die Universität Glasgow schlug einen ähnlichen Plan vor, um eine Gravitationsschleuder durchzuführen, um die Erde in eine andere Umlaufbahn zu bringen. Mit einem genauen Trajektoriendesign legt die Methode nahe, dass „ein kleiner Körper aus seiner Umlaufbahn gestoßen werden kann und infolgedessen daran vorbeischwingtErde, die unserem Planeten einen viel größeren Impuls gibt. Obwohl die Idee faszinierend erscheint, wurde geschätzt, dass eine Million solcher Asteroiden nahe Vorbeiflüge erforderlich sind, um mit der Ausdehnung der Sonne Schritt zu halten."

Ein weiterer neuerer Artikel in großes Denken vorgeschlagen, ein riesiges Triebwerk am Südpol zu verwenden.

Das Starten der Erde in eine höhere Umlaufbahn erfordert eine große Menge an Energie. Der Artikel legt nahe, dass die gleiche Physik, die für den Start einer Rakete in den Weltraum funktioniert, auch für den Start der Erde in eine höhere Umlaufbahn funktionieren würde. Man muss einen Schub anwenden, der sich ändertDer Impuls der Erde in eine positive Richtung, die uns schließlich weiter von der Sonne wegbefördern würde. Das Triebwerk würde Energie von der Sonne sammeln, vielleicht mit ein Sonnenkollektorfeld, wandelt dann die Energie in Schub um und wendet dann diesen Schub an, um den Impuls der Erde zu ändern und uns weiter von der Sonne wegzubewegen.

Das Triebwerk sollte idealerweise darauf ausgerichtet sein, die Erde in die Richtung zu schieben, in die sie sich bereits bewegt. Dies wäre jedoch auf einem sich schnell und kontinuierlich drehenden Planeten sehr schwierig zu handhaben. Der Artikel schlägt stattdessen vor, dass das Triebwerk sollte kontinuierlich gezündet werden, "unter der Annahme, dass man diese Energie sammeln, kontrollieren, transportieren und in nutzbare Arbeit umwandeln könnte."

Das Ergebnis ist, dass die Erde zu beschleunigen beginnt und in eine höhere Umlaufbahn befördert wird. Wenn die kinetische Energie durch fortgesetzten Schub erhöht wird, „wird es uns helfen, uns aus dem Gravitationspotential der Sonne zu graben. Das würde uns zu a bringengrößerer Umlaufbahnabstand und ermöglichen es uns, den Fluss der Sonnenstrahlung, die auf unseren Planeten trifft, langsam zu verringern", heißt es in dem Artikel.

Eine Änderung der Umlaufbahn wurde sogar von Politikern vorgeschlagen – allerdings ohne viel wissenschaftliches Wissen oder Verständnis. Bei einer Kongressanhörung im Juni 2021 argumentierte der republikanische Abgeordnete Louie Gohmert aus Texas, ein Klimaskeptiker, der einmal argumentierte, die globale Erwärmung sei gutSache, wie es den Leuten erlauben würde"mehr Pflanzen anbauen", hat auch einen Beamten des US Forest Service gefragt, ob ihre Organisation oder das Bureau of Land Management die Umlaufbahn des Mondes oder der Erde ändern könnten, um die Auswirkungen des vom Menschen verursachten Klimawandels umzukehren.

Scientific American hat sich die Sache angeschaut. In ihrem Artikel Britt Scharringhausen, die Planetenastronomin bei Das Beloit College schlug vor: „Das Strahlungsgleichgewicht, das Gleichgewicht zwischen der einfallenden Energie der Sonnenstrahlen und der von der Erde emittierten Energie, ist der Schlüssel zu unserem Verständnis der sich ändernden Temperatur unseres Planeten.." Scharringhausen entwickelte auch eine Gleichung zur Beschreibung der Verbindung zwischen der Temperatur der Erde, der Temperatur der Sonne, dem Radius der Sonne, der Entfernung zur Sonne und der Albedo der Erde, die misst, wie gut unser Planet Sonnenenergie reflektiert. Um die Erde kühler zu machen, eine Variable wie die Temperatur der Sonneoder Radius, die Albedo der Erde oder der Abstand zur Sonne geändert werden müssten. Er schlägt vor, dass, wenn Sie die Verringerung der Albedo der Erde durch die Bekämpfung von Emissionen außer Acht lassen, wir den Planeten bewegen müssen.

Das Problem ist, dass dies viel Energie kostet, bis Scharringhausens Berechnungen, eine Verringerung der Temperatur um 3°Celsius 37,4°Fahrenheit würde erfordern, dass wir den Planeten um weitere drei Millionen Kilometer von der Sonne entfernen. Dies würde ungefähr 5 x 10 dauern.³¹ Joule Energie. Einfach, oder? Nun, nein - weil er auch berechnet, dass die aktuelle jährliche globale Stromproduktion der Erde bei etwa 10 liegt¹⁹ — nur 0,0000000000002 Prozent von dem, was wir brauchen würden.

Also schlug Scharringhausen eine andere Methode vor – das Detonieren einer Atombombe in der Nähe. „Es wird im Grunde genommen einen Teil des Asteroiden verdampfen, und dieser entweichende Gesteinsdampf wirkt wie Raketenabgase und wird den Asteroiden vorwärts treiben“, sagte sie Scientific American.

Obwohl das vergrößerte Experiment die Umlaufbahn eines Planeten verschieben könnte, würde es Man braucht eine Milliarde Mal mehr nukleare Explosionen, als wir jemals gestartet haben, um die Erde um die erforderliche Entfernung zu bewegen, oder das Äquivalent des Abwurfs einer Atombombe jede Sekunde für 500 Jahre, so Geza Gyuk, Direktor für Astronomie am Adler Planetarium in Chicago.

Eine weitere Option, die im erwähnt wird Scientific AmericanDer Artikel ist dem von Rahvar sehr ähnlich – er saugt die Energie anderer Himmelsobjekte ab, wie zum Beispiel vorbeiziehende Asteroiden oder Kometen, indem er nahe planetare Vorbeiflüge konstruiert. Für die Bewegung unseres Planeten ist das Problem bei der Methode die Größenordnung. Ethan Siegel, ein theoretischer Astrophysiker und Wissenschaftsautor, sagte: „Die Gesamtmasse des Asteroidengürtels beträgt nur vier bis fünf Prozent der des Mondes oder 0,05 bis 0,06Prozent der Masse der Erde. Unter Verwendung der Masse des gesamten Asteroidengürtels in Vorbeiflügen würde die Erde um weniger als 748.000 Kilometer von der Sonne entfernt werden, oder ein Viertel der Entfernung, die wir benötigen würden. Eine einzige außerplanmäßige Kollision mit unserem Planeten würde dies tunlöst eine sofortige Zerstörung aus, die zu einem globalen Massensterben führt."

Trotz dieser Möglichkeiten sieht es so aus, als ob ein funktionierender Prototyp in weiter Ferne liegt.

Ist dieses Projekt realisierbar?

Im Interview mit Die Sonne, sagte Rahvar, „Wir brauchen eine Reihe von Asteroiden, die die Erde [nahe an] vorbeiziehen, um einen effektiven Temperaturverlust zu haben. Um beispielsweise die Temperatur der Erde auf ein Grad zu senken, müssen wir sie von der Sonne weg bewegenin der Größenordnung von 150.000 Meilen. Das Ergebnis wäre eine schwächere Sonne am Himmel und eine Abnahme der Erdtemperatur."

Rahvar gibt zu, dass der Prozess Jahrzehnte dauern würde. Laut Preprint beträgt die Zeitskala zum Absenken der Umlaufbahn etwa 70 Jahre für einen 1.010 kg schweren Asteroiden.

Aber der Vorschlag hat unter Wissenschaftlern bereits Kontroversen ausgelöst.

Jonathan McDowell, ein Forscher am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, sagte Die Sonne dass der Vorschlag riskierte, einen Weltraumfelsen direkt auf die Erde zu schleudern. „Ich habe die Mathematik nicht im Detail durchgearbeitet, aber einige davon sehen zwielichtig aus. Er versäumt es auch völlig, die Auswirkungen seiner Ergebnisse zu diskutieren“, sagte er.

"Selbst wenn Sie davon ausgehen, dass seine Ergebnisse richtig sind, implizieren sie, dass Sie, um die globale Erwärmung auf diese Weise zu beheben, hundert Quadratkilometer große Segel auf jeden von etwa hundert Millionen Asteroiden setzen und ein Jahrhundert warten müssten, mit einem erheblichen Risiko voneinen oder mehrere dieser Asteroiden versehentlich auf Kollisionskurs mit der Erde zu bringen – wenn nicht beim ersten Durchgang, dann bei nachfolgenden Umlaufbahnen“, fügte er hinzu.

Professor Brad Gibson, ein Astrophysiker an der University of Hull, stimmte mit seinen Kommentaren überein und beschrieb den Plan als „heute nicht im Geringsten durchführbar“.

Rahvar sagte jedoch: „Fortgeschrittene zukünftige Zivilisationen auf der Erde werden definitiv die Fähigkeit haben, das Projekt durchzuführen, das ich hier vorschlage.“

Ach so.