Demandez à Ethan: pouvons-nous sauver la terre en nous éloignant du soleil?

Le moteur ionique NEXIS du laboratoire de propulsion à réaction de la NASA est un prototype de moteur à longue durée d'action capable de déplacer des objets de grande masse sur de très longues périodes.

Un jour, dans un avenir lointain, les océans de la Terre bouilliront et détruiront toute vie à sa surface, la transformant en une planète inhabitée. Un tel réchauffement climatique ne peut être empêché par personne: il est coupable du réchauffement progressif du Soleil, brûlant son carburant tout au long de la vie. Mais peut-être existe-t-il un moyen de maintenir la Terre habitée en prévoyant une solution à très long terme: déplacer la Terre entière. Mais est-ce réaliste en principe? C'est exactement ce que notre lecteur veut savoir:

Je voudrais rêver: pensez-vous qu'il serait physiquement possible de déplacer l'orbite de la Terre, compte tenu de nos connaissances scientifiques actuelles?

Pour le savoir, nous devons comprendre à quel point il fera chaud pour nous et à quelle vitesse la température augmentera pour déplacer la Terre assez rapidement pour la sauver.


La section montre diverses parties de la surface et l'intérieur du Soleil, y compris le noyau, dans lequel la fusion nucléaire a lieu

Toute étoile reçoit de l'énergie en synthétisant des éléments plus lourds à partir d'éléments plus légers en son cœur. En particulier, notre Soleil transforme l'hydrogène en hélium dans les parties du noyau où la température dépasse 4 000 000 K. Plus la situation est chaude, plus la synthèse est rapide; le centre même du noyau peut même atteindre 15 000 000 K. Cette vitesse est presque parfaitement constante - mais pas tout à fait. Sur de longues périodes de temps, le pourcentage d'hydrogène et d'hélium dans le cœur change, ce qui rend les intérieurs de plus en plus chauds au cours de milliards d'années. Lors de l'échauffement, trois choses se produisent:

• Une étoile devient plus brillante, c'est-à-dire qu'elle émet plus d'énergie par unité de temps.
• Il gonfle un peu, augmentant considérablement le rayon, de plusieurs pour cent tous les milliards d'années.
• Sa température reste presque constante, ne changeant pas plus de 1% par milliard d'années.

Le soleil a augmenté sa taille, sa luminosité et sa température, selon les courbes construites, et trois de ces caractéristiques continueront d'augmenter à l'avenir [rouge - luminosité, bleu - rayon, vert - température]

Tout cela conduit à un fait inconfortable: la quantité d'énergie atteignant la Terre avec le temps augmente très lentement. Pour tous les 110 millions d'années, la luminosité solaire augmentera d'environ 1%, ce qui signifie que pendant ce temps, l'énergie atteignant la Terre augmentera également de 1%. Lorsque la Terre était plus jeune de 4 milliards d'années, notre planète recevait à peine 70% de l'énergie que nous avons aujourd'hui. Et après un ou deux milliards d'années, si nous ne faisons rien avec cela, cette augmentation entraînera de graves problèmes pour la Terre. À ce moment, la température de surface moyenne atteindrait 373 K (100 ° C / 212 ° F). En d'autres termes, à un moment donné, le Soleil deviendra si brillant que les océans de la Terre bouilliront.


Si la température de surface augmente trop haut, notre planète ne pourra pas maintenir l'existence d'eau liquide à la surface.

Comment éviter cela? Il existe plusieurs solutions potentielles:

• Il est possible de disposer plusieurs grands réflecteurs au point de Lagrange L1, empêchant une partie de la lumière de pénétrer dans la Terre.
• Grâce à l'ingénierie géologique, nous pouvons changer l'atmosphère et / ou l'albédo de notre planète pour réfléchir plus de lumière et absorber moins.
• Nous pouvons réduire l'effet de serre en éliminant des molécules telles que le méthane et le CO ₂ de l'atmosphère.
• Nous pouvons quitter la Terre et nous concentrer sur la terraformation des mondes externes, par exemple Mars.

La trajectoire probable de la terraformation de Mars dans le sens de la similitude avec la Terre

En théorie, tout cela peut fonctionner, mais cela nécessitera une énorme quantité de travail et de soutien pour les résultats.

Cependant, la décision de déplacer la Terre sur une orbite plus éloignée serait permanente! Et bien que nous devions étendre un peu l'orbite pour maintenir une température constante, des intervalles de temps de millions d'années nous donnent suffisamment de temps pour le faire. Afin de niveler l'effet de l'augmentation de la luminosité du soleil de 1%, nous devons en éloigner la Terre de 0,5%. Afin de compenser l'augmentation de 20% (attendue dans les 2 milliards d'années à venir), nous devons déplacer la Terre à 9,5% de la distance du Soleil. Au lieu d'être à une distance moyenne du Soleil de 149,6 millions de km, nous devrions viser une magnitude d'environ 164 millions de km.


La distance de la Terre au Soleil n'a pas beaucoup changé au cours des 4,5 derniers milliards d'années. Mais si le Soleil se réchauffe et que nous ne voulons pas que la Terre se réchauffe, nous devons sérieusement envisager de déplacer notre planète

Cela prendra une énorme quantité d'énergie! En déplaçant la Terre - les six septillions (6 × 10 ²⁴ ) kg - nous changerons sérieusement les paramètres de notre orbite. Et si nous augmentons la distance moyenne de la Terre au Soleil à 164 000 000 km, nous remarquerons plusieurs changements importants:

• La Terre prendra 14,6% de temps de plus pour achever une révolution complète autour du Soleil.
• Pour maintenir une orbite stable, notre vitesse orbitale devra être ralentie, de 30 km / s à 28,5 km / s.
• Si la période de rotation de la Terre reste la même (24 heures), nous aurons 418 jours par an, pas 365.
• Le soleil paraîtra un peu plus petit - environ 10% - et l'influence du soleil sur les flux et reflux diminuera de quelques centimètres.

Si le Soleil gonfle et que la Terre bouge, ces deux effets ne se nivellent pas complètement; Le soleil apparaîtra un peu plus petit.

Mais pour pousser la Terre jusqu'à présent, nous avons besoin d'un sérieux changement d'énergie: nous devrons changer l'énergie potentielle gravitationnelle du système Soleil-Terre. Même en tenant compte de tous les autres facteurs, y compris la décélération de la vitesse de déplacement de la Terre autour du Soleil, nous devrons changer l'énergie orbitale de la Terre de 4,7 × 10 ³⁵ J, ce qui équivaut à 1,3 × 10 ²⁰ TW * h: environ 10 ¹⁵ besoins énergétiques annuels de l'humanité. On peut décider qu'une période de deux milliards d'années résoudra ce problème - et cela aidera, mais pas beaucoup. Nous aurons besoin de 500 000 fois plus d'énergie que l'humanité n'en crée aujourd'hui, ce qui devra être incité à déplacer la planète sur une distance sûre et stable.


La vitesse de rotation des planètes autour du soleil dépend de leur distance au soleil. Déplacer progressivement la Terre de 9,5% vers l'extérieur ne devrait pas violer les orbites des autres planètes.

Et la technologie de conversion d'énergie est le moindre de nos soucis. Le plus gros problème est plus fondamental: où trouver toute cette énergie? Raisonnement réaliste, une telle quantité d'énergie ne peut être trouvée qu'en un seul endroit - dans le soleil lui-même. Actuellement, la Terre reçoit environ 1 500 watts d'énergie par mètre carré du soleil. Afin de collecter suffisamment d'énergie pour déplacer la Terre au bon moment, nous devrons construire un réseau spatial qui recueille 4,7 × 10 ³⁵ J d'énergie, en permanence, pendant les deux milliards d'années. Cela signifie un réseau de 5 × 10 ¹⁵ m ² , efficace à 100%, ou l'équivalent de dix surfaces de la planète Terre.


Le concept de centrale solaire spatiale existe depuis longtemps, mais personne n'a conçu un réseau de 5 milliards de mètres carrés. km

Il s'avère que pour pousser la Terre sur une orbite plus élevée et stable, nous avons besoin d'un réseau solaire efficace à 100% d'une superficie de cinq milliards de mètres carrés. km., dont toute l'énergie sera consacrée exclusivement à pousser la Terre sur une orbite plus éloignée pendant deux milliards d'années. Physiquement possible? Bien sûr. Avec la technologie actuelle? Aucune option. Pratiquement possible? Certainement pas, du moins sur la base des données que nous connaissons. Déplacer une planète entière est difficile pour deux raisons: à cause de la très forte attraction gravitationnelle du Soleil et à cause de la très grande masse de la Terre. Mais ici, nous avons une telle planète, voici un tel Soleil, et le Soleil se réchauffera, quoi que nous fassions. Jusqu'à ce que nous trouvions un moyen de collecter et d'utiliser une telle quantité d'énergie, nous aurons besoin d'autres stratégies pour la survie de l'apocalypse finale du réchauffement climatique!

Ethan Siegel - astrophysicien, vulgarisateur scientifique, auteur de Starts With A Bang! Il a écrit les livres «Beyond the Galaxy» [ Beyond The Galaxy ] et «Tracknology: the science of Star Trek» [ Treknology ].

FAQ: si l'Univers se développe, pourquoi ne nous développons-nous pas ? pourquoi l'âge de l'Univers ne coïncide pas avec le rayon de sa partie observée .