اسأل إيثان: هل يمكننا إنقاذ الأرض بالابتعاد عن الشمس؟

يعد محرك NEXIS ion من مختبر NASA Jet Propulsion نموذجًا أوليًا لمحرك طويل المفعول قادر على تحريك الأجسام ذات الكتلة الكبيرة خلال فترات زمنية كبيرة جدًا.

في يوم من الأيام ، في المستقبل البعيد ، ستغلي محيطات الأرض وتدمر كل الحياة على سطحها ، وتحولها إلى كوكب غير مأهول. لا يمكن لأي شخص منع مثل هذا الاحتباس الحراري: فهو مذنب بتسخين الشمس تدريجيًا ، وحرق وقودها طوال الحياة. ولكن ربما هناك طريقة لإبقاء الأرض مسكونة بالتخطيط لحل طويل المدى: تحريك الأرض بأكملها. ولكن هل هي واقعية من حيث المبدأ؟ هذا بالضبط ما يريد القارئ معرفته:

أود أن أحلم: هل تعتقد أنه سيكون من الممكن جسديًا تحريك مدار الأرض ، نظرًا لمعرفتنا العلمية الحالية؟

لمعرفة ذلك ، نحتاج إلى فهم مدى سخونة الطقس بالنسبة لنا ومدى سرعة ارتفاع درجة الحرارة لتحريك الأرض بسرعة كافية لحفظها.


يوضح القسم أجزاء مختلفة من السطح والأجزاء الداخلية للشمس ، بما في ذلك القلب ، الذي يحدث فيه الاندماج النووي

يتلقى أي نجم الطاقة عن طريق تجميع عناصر أثقل من العناصر الأخف في قلبه. على وجه الخصوص ، تقوم شمسنا بتحويل الهيدروجين إلى هليوم في تلك الأجزاء من النواة حيث تتجاوز درجة الحرارة 4،000،000 K. كلما كان الوضع أكثر سخونة ، كلما كان التركيب أسرع. حتى مركز القلب يمكن أن يسخن حتى 15،000،000 K. هذه السرعة ثابتة تقريبًا - ولكن ليس تمامًا. على مدى فترات طويلة من الزمن ، تتغير النسبة المئوية للهيدروجين والهيليوم في النواة ، مما يجعل الأجزاء الداخلية أكثر دفئًا أكثر وأكثر على مدى مليارات السنين. عند التسخين ، تحدث ثلاثة أشياء:

• يصبح النجم أكثر إشراقًا ، أي أنه ينبعث المزيد من الطاقة لكل وحدة زمنية.
• يتضخم قليلاً ، مما يزيد من نصف القطر بشكل ملحوظ ، بنسبة عدة بالمائة كل مليار سنة.
• تبقى درجة حرارته ثابتة تقريبًا ، ولا تتغير أكثر من 1 ٪ لكل مليار سنة.

زادت الشمس من حجمها وسطوعها ودرجة حرارتها ، وفقًا للمنحنيات المركبة ، وستستمر ثلاثة من هذه الخصائص في الزيادة في المستقبل [درجة سطوع حمراء ، نصف قطر أزرق ، درجة حرارة خضراء]

كل هذا يؤدي إلى حقيقة غير مريحة: كمية الطاقة التي تصل إلى الأرض مع الوقت تنمو ببطء شديد. لكل 110 مليون سنة ، سيزداد سطوع الشمس بنحو 1٪ ، مما يعني أنه خلال هذا الوقت ، ستنمو الطاقة التي تصل إلى الأرض أيضًا بنسبة 1٪. عندما كانت الأرض أصغر بـ 4 مليارات سنة ، حصل كوكبنا على 70٪ من الطاقة التي نمتلكها اليوم. وبعد مليار أو ملياري سنة ، إذا لم نفعل أي شيء بهذا ، فإن هذه الزيادة ستؤدي إلى مشاكل خطيرة للأرض. في ذلك الوقت ، سيصل متوسط ​​درجة حرارة السطح إلى 373 كلفن (100 درجة مئوية / 212 درجة فهرنهايت). وبعبارة أخرى ، في مرحلة ما ستصبح الشمس ساطعة لدرجة أن محيطات الأرض سوف تغلي.


إذا كانت درجة حرارة السطح مرتفعة للغاية ، فلن يتمكن كوكبنا من الحفاظ على وجود الماء السائل على السطح.

كيف يمكننا تجنب ذلك؟ هناك العديد من الحلول المحتملة:

• من الممكن ترتيب عدة عاكسات كبيرة عند نقطة لاغرانج L1 ، مما يمنع جزءًا من الضوء من دخول الأرض.
• باستخدام الهندسة الجيولوجية ، يمكننا تغيير الغلاف الجوي و / أو بياض كوكبنا ليعكس المزيد من الضوء ويستوعب أقل.
• يمكننا تقليل تأثير الاحتباس الحراري عن طريق إزالة الجزيئات مثل الميثان وثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
• يمكننا ترك الأرض والتركيز على إصلاح العوالم الخارجية ، على سبيل المثال ، المريخ.

المسار المحتمل لتضليل كوكب المريخ في اتجاه التشابه مع الأرض

من الناحية النظرية ، قد يعمل كل هذا ، ولكنه سيتطلب قدرا كبيرا من العمل والدعم للنتائج.

ومع ذلك ، فإن قرار نقل الأرض إلى مدار أبعد سيكون قرارًا دائمًا! وعلى الرغم من أننا سنحتاج إلى توسيع المدار قليلاً للحفاظ على درجة حرارة ثابتة ، فإن الفترات الزمنية لملايين السنين تمنحنا الوقت الكافي للقيام بذلك. من أجل تسوية تأثير زيادة سطوع الشمس بنسبة 1٪ ، نحتاج إلى تحريك الأرض بعيدًا عنها بنسبة 0.5٪. من أجل تعويض الزيادة بنسبة 20٪ (المتوقعة في المليار سنة القادمة) ، نحتاج إلى تحريك الأرض 9.5٪ من المسافة من الشمس. بدلاً من أن نكون على مسافة متوسطة من الشمس تبلغ 149.6 مليون كيلومتر ، يجب أن نسعى جاهدين للحصول على قوة تبلغ حوالي 164 مليون كيلومتر.


لم تتغير المسافة من الأرض إلى الشمس كثيرًا خلال 4.5 مليار سنة ماضية. ولكن إذا ارتفعت درجة حرارة الشمس ولا نريد أن ترتفع درجة حرارة الأرض ، فإننا بحاجة إلى التفكير بجدية في تحريك كوكبنا

هذا سوف يأخذ كمية هائلة من الطاقة! بتحريك الأرض - جميع septillion الستة (6 × 10 ²⁴ ) كجم - سنقوم بتغيير معايير مدارنا بشكل خطير. وإذا قمنا بزيادة متوسط ​​المسافة من الأرض إلى الشمس إلى 164،000،000 كم ، فسوف نلاحظ العديد من التغييرات الهامة:

• ستستغرق الأرض 14.6٪ من الوقت لإكمال ثورة كاملة حول الشمس.
• للحفاظ على مدار مستقر ، يجب إبطاء سرعتنا المدارية ، من 30 كم / ثانية إلى 28.5 كم / ثانية.
• إذا ظلت فترة دوران الأرض كما هي (24 ساعة) ، فسيكون لدينا 418 يومًا في السنة ، وليس 365.
• ستبدو الشمس أصغر قليلاً في الحجم - حوالي 10٪ - وسيقل تأثير الشمس على المد والجزر بضع سنتيمترات.

إذا كانت الشمس تنتفخ والأرض تتحرك ، فإن هذين التأثيرين لا يتوازان تمامًا ؛ ستظهر الشمس أصغر قليلاً.

ولكن لدفع الأرض حتى الآن ، نحتاج إلى تغيير خطير في الطاقة: سنحتاج إلى تغيير طاقة الجاذبية الكامنة لنظام الشمس والأرض. حتى مع الأخذ في الاعتبار جميع العوامل الأخرى ، بما في ذلك تباطؤ سرعة حركة الأرض حول الشمس ، سيتعين علينا تغيير الطاقة المدارية للأرض بمقدار 4.7 × 10 ³⁵ جول ، وهو ما يعادل 1.3 × 10 ²⁰ TW * h: حوالي 10 ¹⁵ احتياجات طاقة سنوية للبشرية. يمكن أن تقرر أن فترة ملياري سنة ستساعد هذه المشكلة - وستساعد ، ولكن ليس كثيرًا. سنحتاج إلى 500000 مرة طاقة أكثر مما تخلقه البشرية اليوم ، والتي يجب خداعها في مهمة نقل الكوكب إلى مسافة آمنة ومستقرة.


تعتمد سرعة دوران الكواكب حول الشمس على بعدها عن الشمس. لا ينبغي أن ينتهك تحريك الأرض تدريجيًا للخارج بنسبة 9.5٪ مدارات الكواكب الأخرى.

وتكنولوجيا تحويل الطاقة هي أقل ما يقلقنا. المشكلة الأكبر هي الأكثر جوهرية: من أين تحصل على كل هذه الطاقة؟ المنطق الواقعي ، يمكن العثور على مثل هذه الكمية من الطاقة في مكان واحد فقط - في الشمس نفسها. تستقبل الأرض حاليًا حوالي 1500 واط من الطاقة لكل متر مربع من الشمس. من أجل جمع طاقة كافية لتحريك الأرض في الوقت المناسب ، سنحتاج إلى بناء مصفوفة فضائية تجمع 4.7 × 10 ³⁵ جولًا من الطاقة ، بشكل مستمر ، لكل ملياري سنة. وهذا يعني مجموعة من 5 × 10 ¹⁵ م ² ، فعالة 100٪ ، أو ما يعادل عشرة مناطق سطحية لكوكب الأرض.


مفهوم محطة الطاقة الشمسية الفضائية موجود منذ فترة طويلة ، ولكن لا أحد تصور مجموعة من 5 مليارات متر مربع. كم

اتضح أنه لدفع الأرض إلى مدار أعلى ومستقر ، نحتاج إلى صفيف شمسي فعال بنسبة 100 ٪ بمساحة خمسة مليارات متر مربع. كم. ، والتي سيتم إنفاق طاقتها حصرا على دفع الأرض إلى مدار أبعد لملياري سنة. ممكن جسديا؟ بالطبع. مع التكنولوجيا الحالية؟ لا خيارات. ممكن عمليا؟ بالتأكيد لا ، على الأقل بناءً على البيانات التي نعرفها. يعد تحريك كوكب بأكمله أمرًا صعبًا لسببين: بسبب جاذبية الشمس القوية جدًا وبسبب الكتلة الكبيرة جدًا للأرض. لكن هنا لدينا مثل هذا الكوكب ، هنا مثل هذه الشمس ، وسوف ترتفع الشمس ، بغض النظر عما نقوم به. حتى نجد طريقة لجمع واستخدام هذه الكمية الضخمة من الطاقة ، سنحتاج إلى استراتيجيات أخرى لبقاء نهاية العالم الأخيرة للاحترار العالمي!

إيثان سيغل - فيزيائي فلكي ، مروج للعلوم ، مؤلف كتاب "يبدأ بانفجار!" كتب كتب "ما وراء المجرة" [ ما وراء المجرة ] و "Tracknology: علم ستار تريك" [ Treknology ].

الأسئلة الشائعة: إذا كان الكون يتوسع ، فلماذا لا نتوسع ؟ لماذا لا يتزامن عمر الكون مع نصف قطر الجزء الملاحظ .