Fragen Sie Ethan: Können wir die Erde retten, indem wir uns von der Sonne entfernen?

Das NEXIS-Ionen-Triebwerk des NASA Jet Propulsion Laboratory ist ein Prototyp eines langwirksamen Triebwerks, das Objekte mit großer Masse über sehr große Zeiträume bewegen kann.

Eines Tages, in ferner Zukunft, werden die Ozeane der Erde kochen und alles Leben auf ihrer Oberfläche zerstören und es in einen unbewohnten Planeten verwandeln. Eine solche globale Erwärmung kann von niemandem verhindert werden: Er ist schuldig, die Sonne allmählich aufzuwärmen und ihren Treibstoff während des gesamten Lebens zu verbrennen. Aber vielleicht gibt es eine Möglichkeit, die Erde bewohnt zu halten, indem Sie eine sehr langfristige Lösung planen: die ganze Erde bewegen. Aber ist es im Prinzip realistisch? Genau das möchte unser Leser wissen:

Ich würde gerne träumen: Glauben Sie, dass es nach unseren derzeitigen wissenschaftlichen Erkenntnissen physikalisch möglich wäre, die Erdumlaufbahn zu bewegen?

Um dies herauszufinden, müssen wir verstehen, wie heiß es für uns wird und wie schnell die Temperatur ansteigt, um die Erde schnell genug zu bewegen, um sie zu retten.


Der Abschnitt zeigt verschiedene Teile der Oberfläche und der Innenseiten der Sonne, einschließlich des Kerns, in dem die Kernfusion stattfindet

Jeder Stern erhält Energie, indem er schwerere Elemente aus leichteren Elementen in seinem Kern synthetisiert. Insbesondere verwandelt unsere Sonne Wasserstoff in Helium in den Teilen des Kerns, in denen die Temperatur 4.000.000 K überschreitet. Je heißer die Situation, desto schneller die Synthese; Die Mitte des Kerns kann sich sogar auf 15.000.000 K erwärmen. Diese Geschwindigkeit ist nahezu konstant - aber nicht ganz. Über lange Zeiträume ändert sich der prozentuale Anteil von Wasserstoff und Helium im Kern, wodurch die Innenräume im Laufe von Milliarden von Jahren immer wärmer werden. Beim Aufwärmen passieren drei Dinge:

• Ein Stern wird heller, dh er gibt pro Zeiteinheit mehr Energie ab.
• Es schwillt ein wenig an und vergrößert den Radius alle Milliarden Jahre um mehrere Prozent.
• Seine Temperatur bleibt nahezu konstant und ändert sich nicht mehr als 1% pro Milliarde Jahre.

Die Sonne hat ihre Größe, Helligkeit und Temperatur gemäß den konstruierten Kurven erhöht, und drei dieser Eigenschaften werden in Zukunft weiter zunehmen [Rot ​​- Helligkeit, Blau - Radius, Grün - Temperatur].

All dies führt zu einer unangenehmen Tatsache: Die Energiemenge, die mit der Zeit die Erde erreicht, wächst sehr langsam. Alle 110 Millionen Jahre steigt die Sonnenhelligkeit um etwa 1%, was bedeutet, dass während dieser Zeit auch die Energie, die die Erde erreicht, um 1% wächst. Als die Erde 4 Milliarden Jahre jünger war, erhielt unser Planet kaum 70% der Energie, die wir heute haben. Und wenn wir nach ein oder zwei Milliarden Jahren nichts damit anfangen, wird dieser Anstieg zu ernsthaften Problemen für die Erde führen. Zu diesem Zeitpunkt würde die durchschnittliche Oberflächentemperatur 373 K (100 ° C / 212 ° F) erreichen. Mit anderen Worten, irgendwann wird die Sonne so hell, dass die Ozeane der Erde kochen.


Wenn die Oberflächentemperatur zu hoch steigt, kann unser Planet das Vorhandensein von flüssigem Wasser auf der Oberfläche nicht aufrechterhalten.

Wie können wir das vermeiden? Es gibt mehrere mögliche Lösungen:

• Es ist möglich, mehrere große Reflektoren am Lagrange-Punkt L1 anzuordnen, um zu verhindern, dass ein Teil des Lichts in die Erde gelangt.
• Mithilfe der geologischen Technik können wir die Atmosphäre und / oder Albedo unseres Planeten verändern, um mehr Licht zu reflektieren und weniger zu absorbieren.
• Wir können den Treibhauseffekt reduzieren, indem wir Moleküle wie Methan und CO ₂ aus der Atmosphäre entfernen.
• Wir können die Erde verlassen und uns auf die Terraformierung der Außenwelten konzentrieren, zum Beispiel des Mars.

Der wahrscheinliche Weg der Terraformierung des Mars in Richtung der Ähnlichkeit mit der Erde

Theoretisch mag dies alles funktionieren, aber es wird eine Menge Arbeit und Unterstützung für die Ergebnisse erfordern.

Die Entscheidung, die Erde in eine weiter entfernte Umlaufbahn zu bringen, wäre jedoch dauerhaft! Und obwohl wir die Umlaufbahn ziemlich erweitern müssen, um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten, geben uns Zeitintervalle von Millionen von Jahren genug Zeit, um dies zu tun. Um den Effekt der Erhöhung der Sonnenhelligkeit um 1% auszugleichen, müssen wir die Erde um 0,5% von ihr entfernen. Um den Anstieg von 20% (erwartet in den nächsten 2 Milliarden Jahren) auszugleichen, müssen wir die Erde 9,5% der Entfernung von der Sonne bewegen. Anstatt sich in einer durchschnittlichen Entfernung von 149,6 Millionen km von der Sonne zu befinden, sollten wir eine Größenordnung von etwa 164 Millionen km anstreben.


Die Entfernung von der Erde zur Sonne hat sich in den letzten 4,5 Milliarden Jahren nicht wesentlich verändert. Aber wenn sich die Sonne erwärmt und wir nicht wollen, dass sich die Erde erwärmt, müssen wir ernsthaft darüber nachdenken, unseren Planeten zu bewegen

Dies wird eine enorme Menge an Energie verbrauchen! Wenn wir die Erde bewegen - alle sechs Septillionen (6 × 10 ²⁴ ) kg - werden wir die Parameter unserer Umlaufbahn ernsthaft ändern. Und wenn wir die durchschnittliche Entfernung von der Erde zur Sonne auf 164.000.000 km erhöhen, werden wir einige signifikante Änderungen feststellen:

• Die Erde wird 14,6% mehr Zeit benötigen, um eine vollständige Revolution um die Sonne zu vollenden.
• Um eine stabile Umlaufbahn aufrechtzuerhalten, muss unsere Umlaufgeschwindigkeit von 30 km / s auf 28,5 km / s verlangsamt werden.
• Wenn die Rotationsperiode der Erde gleich bleibt (24 Stunden), haben wir 418 Tage im Jahr, nicht 365.
• Die Sonne scheint etwas kleiner zu sein - etwa 10% - und der Einfluss der Sonne auf die Ebbe und Flut nimmt um einige Zentimeter ab.

Wenn die Sonne anschwillt und sich die Erde bewegt, gleichen sich diese beiden Effekte nicht vollständig aus. Die Sonne erscheint etwas kleiner.

Aber um die Erde so weit zu treiben, brauchen wir eine ernsthafte Energieänderung: Wir müssen die potentielle Gravitationsenergie des Sonne-Erde-Systems ändern. Selbst unter Berücksichtigung aller anderen Faktoren, einschließlich der Verlangsamung der Erdbewegungsgeschwindigkeit um die Sonne, müssen wir die Umlaufbahnenergie der Erde um 4,7 × 10 ³⁵ J ändern, was 1,3 × 10 ²⁰ TW * h entspricht: etwa 10 ¹⁵ jährlicher Energiebedarf der Menschheit. Es kann entschieden werden, dass ein Zeitraum von zwei Milliarden Jahren diesem Problem helfen wird - und es wird helfen, aber nicht viel. Wir werden 500.000 Mal mehr Energie benötigen, als die Menschheit heute erzeugt, was dazu gebracht werden muss, den Planeten in eine sichere, stabile Entfernung zu bringen.


Die Rotationsgeschwindigkeit der Planeten um die Sonne hängt von ihrer Entfernung von der Sonne ab. Eine allmähliche Bewegung der Erde um 9,5% nach außen sollte die Umlaufbahnen anderer Planeten nicht verletzen.

Und die Energieumwandlungstechnologie ist die geringste Sorge. Das größte Problem ist grundlegender: Woher bekommt man all diese Energie? Realistisch gesehen kann eine solche Energiemenge nur an einem Ort gefunden werden - in der Sonne selbst. Derzeit erhält die Erde von der Sonne etwa 1.500 Watt Energie pro Quadratmeter. Um genug Energie zu sammeln, um die Erde zur richtigen Zeit zu bewegen, müssen wir ein Weltraumarray bauen, das für alle zwei Milliarden Jahre konstant 4,7 × 10 ³⁵ J Energie sammelt. Dies bedeutet eine Anordnung von 5 × 10 ¹⁵ m ² , 100% effektiv oder das Äquivalent von zehn Oberflächen des Planeten Erde.


Das Konzept eines Weltraum-Solarkraftwerks existiert schon seit langer Zeit, aber niemand hat eine Anordnung von 5 Milliarden Quadratmetern konzipiert. km

Es stellt sich heraus, dass wir eine 100% effektive Solaranlage mit einer Fläche von fünf Milliarden Quadratmetern benötigen, um die Erde in eine höhere, stabile Umlaufbahn zu bringen. km., deren gesamte Energie ausschließlich dafür verwendet wird, die Erde zwei Milliarden Jahre lang in eine weiter entfernte Umlaufbahn zu bringen. Physisch möglich? Natürlich. Mit aktueller Technologie? Keine Optionen. Praktisch möglich? Mit ziemlicher Sicherheit nicht, zumindest aufgrund der uns bekannten Daten. Das Bewegen eines ganzen Planeten ist aus zwei Gründen schwierig: wegen der sehr starken Anziehungskraft der Sonne und wegen der sehr großen Masse der Erde. Aber hier haben wir einen solchen Planeten, hier ist eine solche Sonne, und die Sonne wird sich erwärmen, unabhängig davon, was wir tun. Bis wir einen Weg finden, so viel Energie zu sammeln und zu nutzen, brauchen wir andere Strategien, um die endgültige Apokalypse der globalen Erwärmung zu überleben!

Ethan Siegel - Astrophysiker, Wissenschafts-Popularisierer, Autor von Starts With A Bang! Er schrieb die Bücher „Beyond the Galaxy“ ( Jenseits der Galaxie ) und „Tracknology: the science of Star Trek“ ( Treknology ).

FAQ: Wenn sich das Universum ausdehnt, warum erweitern wir uns dann nicht? warum das Alter des Universums nicht mit dem Radius seines beobachteten Teils übereinstimmt .