Tanya Ethan: Bisakah kita menyelamatkan bumi dengan menjauh dari matahari?

Mesin ion NEXIS dari NASA Jet Propulsion Laboratory adalah prototipe mesin kerja lama yang mampu menggerakkan benda bermassa besar dalam periode waktu yang sangat besar.

Suatu hari, di masa depan yang jauh, lautan Bumi akan mendidih dan menghancurkan semua kehidupan di permukaannya, mengubahnya menjadi planet yang tidak berpenghuni. Pemanasan global semacam itu tidak dapat dicegah oleh siapa pun: ia bersalah karena pemanasan Matahari secara bertahap, membakar bahan bakarnya sepanjang hidup. Tapi mungkin ada cara untuk menjaga Bumi dihuni dengan merencanakan solusi jangka panjang: pindahkan seluruh bumi. Tetapi apakah itu realistis pada prinsipnya? Inilah yang ingin diketahui oleh pembaca kami:

Saya ingin bermimpi: apakah menurut Anda secara fisik mungkin untuk memindahkan orbit Bumi, mengingat pengetahuan ilmiah kita saat ini?

Untuk mengetahuinya, kita perlu memahami seberapa panas akan menjadi bagi kita dan seberapa cepat suhu akan naik untuk menggerakkan Bumi cukup cepat untuk menyelamatkannya.


Bagian ini menunjukkan berbagai bagian permukaan dan bagian dalam Matahari, termasuk inti, di mana fusi nuklir terjadi

Setiap bintang menerima energi dengan mensintesis elemen yang lebih berat dari yang lebih ringan di intinya. Secara khusus, Matahari kita mengubah hidrogen menjadi helium di bagian-bagian nukleus di mana suhunya melebihi 4.000.000 K. Semakin panas situasinya, semakin cepat sintesisnya; pusat inti bahkan dapat menghangat hingga 15.000.000 K. Kecepatan ini hampir konstan konstan - tetapi tidak cukup. Selama periode waktu yang lama, persentase hidrogen dan helium dalam inti berubah, karena itu interiornya menjadi semakin hangat selama miliaran tahun. Saat pemanasan, tiga hal terjadi:

• Sebuah bintang menjadi lebih terang, artinya, ia memancarkan lebih banyak energi per unit waktu.
• Itu membengkak sedikit, secara signifikan meningkatkan jari-jari, beberapa persen setiap miliar tahun.
• Suhunya hampir konstan, berubah tidak lebih dari 1% per miliar tahun.

Matahari meningkatkan ukuran, kecerahan, dan suhu, sesuai dengan kurva yang dibangun, dan tiga karakteristik ini akan terus meningkat di masa mendatang [kecerahan merah, jari-jari biru, suhu hijau]

Semua ini mengarah pada fakta yang tidak nyaman: jumlah energi yang mencapai Bumi seiring waktu tumbuh sangat lambat. Untuk setiap 110 juta tahun, kecerahan matahari akan meningkat sekitar 1%, yang berarti bahwa selama waktu ini, energi yang mencapai Bumi juga akan tumbuh sebesar 1%. Ketika Bumi berusia 4 miliar tahun lebih muda, planet kita menerima hampir 70% energi yang kita miliki saat ini. Dan setelah satu atau dua miliar tahun, jika kita tidak melakukan apa-apa dengan ini, peningkatan ini akan menyebabkan masalah serius bagi Bumi. Pada saat itu, suhu permukaan rata-rata akan mencapai 373 K (100 ° C / 212 ° F). Dengan kata lain, pada suatu saat Matahari akan menjadi sangat terang sehingga samudera di Bumi akan mendidih.


Jika suhu permukaan naik terlalu tinggi, planet kita tidak akan mampu mempertahankan keberadaan air cair di permukaan.

Bagaimana kita bisa menghindari ini? Ada beberapa solusi potensial:

• Dimungkinkan untuk mengatur beberapa reflektor besar di titik Lagrange L1, mencegah sebagian cahaya memasuki Bumi.
• Dengan menggunakan teknik geologis, kita dapat mengubah atmosfer dan / atau albedo planet kita untuk memantulkan lebih banyak cahaya dan menyerap lebih sedikit.
• Kita dapat mengurangi efek rumah kaca dengan menghilangkan molekul seperti metana dan CO ₂ dari atmosfer.
• Kita dapat meninggalkan Bumi dan berkonsentrasi pada terraforming dunia luar, misalnya, Mars.

Kemungkinan jalur terraforming Mars ke arah kemiripan dengan Bumi

Secara teori, semua ini mungkin berhasil, tetapi akan membutuhkan banyak kerja dan dukungan untuk hasilnya.

Namun, keputusan untuk memindahkan Bumi ke orbit yang lebih jauh adalah permanen! Dan meskipun kita perlu sedikit memperluas orbit untuk mempertahankan suhu konstan, interval waktu jutaan tahun memberi kita cukup waktu untuk melakukan ini. Untuk meningkatkan efek meningkatkan kecerahan Matahari sebesar 1%, kita perlu memindahkan Bumi darinya sebesar 0,5%. Untuk mengimbangi kenaikan 20% (diperkirakan dalam 2 miliar tahun ke depan), kita perlu memindahkan Bumi sejauh 9,5% dari Matahari. Alih-alih berada pada jarak rata-rata dari Matahari 149,6 juta km, kita harus berjuang untuk besarnya sekitar 164 juta km.


Jarak dari Bumi ke Matahari tidak banyak berubah selama 4,5 miliar tahun terakhir. Tetapi jika Matahari memanas dan kita tidak ingin Bumi memanas, kita perlu secara serius mempertimbangkan untuk memindahkan planet kita

Ini akan membutuhkan banyak energi! Memindahkan Bumi - semua enam septillion (6 × 10 ²⁴ ) kg - kita akan secara serius mengubah parameter orbit kita. Dan jika kita meningkatkan jarak rata-rata dari Bumi ke Matahari menjadi 164.000.000 km, kita akan melihat beberapa perubahan signifikan:

• Bumi akan membutuhkan 14,6% lebih banyak waktu untuk menyelesaikan revolusi lengkap di sekitar Matahari.
• Untuk mempertahankan orbit yang stabil, kecepatan orbit kita harus diperlambat, dari 30 km / detik menjadi 28,5 km / detik.
• Jika periode rotasi bumi tetap sama (24 jam), kita akan memiliki 418 hari setahun, bukan 365.
• Matahari akan tampak sedikit lebih kecil dalam ukuran - sekitar 10% - dan pengaruh matahari pada pasang surut akan berkurang beberapa sentimeter.

Jika Matahari membengkak dan Bumi bergerak, kedua efek ini tidak sepenuhnya saling meratakan satu sama lain; Matahari akan tampak sedikit lebih kecil.

Tetapi untuk mendorong Bumi sejauh ini, kita membutuhkan perubahan energi yang serius: kita perlu mengubah energi potensial gravitasi sistem Matahari-Bumi. Bahkan dengan mempertimbangkan semua faktor lain, termasuk perlambatan kecepatan gerakan Bumi mengelilingi Matahari, kita harus mengubah energi orbit Bumi sebesar 4,7 × 10 ³⁵ J, yang setara dengan 1,3 × 10 ²⁰ TW * j: sekitar 10 ¹⁵ kebutuhan energi tahunan umat manusia. Anda dapat memutuskan bahwa periode dua miliar tahun akan membantu masalah ini - dan itu akan membantu, tetapi tidak banyak. Kita akan membutuhkan 500.000 kali lebih banyak energi daripada yang diciptakan manusia saat ini, yang harus diakali dengan tugas memindahkan planet ini ke jarak yang aman dan stabil.


Kecepatan rotasi planet-planet di sekitar matahari tergantung pada jaraknya dari matahari. Secara bertahap memindahkan Bumi ke luar sebesar 9,5% seharusnya tidak melanggar orbit planet lain.

Dan teknologi konversi energi adalah yang paling sedikit dari kekhawatiran kita. Masalah terbesar lebih mendasar: dari mana mendapatkan semua energi ini? Dengan alasan yang realistis, jumlah energi seperti itu hanya dapat ditemukan di satu tempat - di bawah sinar matahari itu sendiri. Saat ini, Bumi menerima sekitar 1.500 watt energi per meter persegi dari matahari. Untuk mengumpulkan energi yang cukup untuk menggerakkan Bumi pada waktu yang tepat, kita perlu membangun sebuah array ruang angkasa yang mengumpulkan 4,7 × 10 ³⁵ J energi, secara konstan, selama dua miliar tahun. Ini berarti susunan 5 × 10 ¹⁵ m ² , 100% efektif, atau setara dengan sepuluh area permukaan planet Bumi.


Konsep stasiun tenaga surya ruang telah ada untuk waktu yang lama, tetapi tidak ada yang menyusun array 5 miliar meter persegi. km

Ternyata untuk mendorong Bumi ke orbit yang lebih tinggi dan stabil, kita membutuhkan susunan surya yang efektif 100% dengan luas lima miliar meter persegi. km., yang semua energinya akan dihabiskan secara eksklusif untuk mendorong Bumi ke orbit yang lebih jauh selama dua miliar tahun. Secara fisik mungkin? Tentu saja Dengan teknologi saat ini? Tidak ada opsi. Secara praktis mungkin? Hampir bisa dipastikan tidak, setidaknya berdasarkan data yang kita tahu. Menggerakkan seluruh planet itu sulit karena dua alasan: karena daya tarik gravitasi Matahari yang sangat kuat dan karena massa Bumi yang sangat besar. Tetapi di sini kita memiliki planet seperti itu, di sini ada Matahari, dan Matahari akan memanas, apa pun yang kita lakukan. Sampai kita menemukan cara untuk mengumpulkan dan memanfaatkan energi yang begitu besar, kita akan membutuhkan strategi lain untuk bertahan hidup dari kiamat terakhir pemanasan global!

Ethan Siegel - astrofisika, sains popularizer, penulis buku Starts With A Bang! Dia menulis buku-buku "Beyond the Galaxy" [ Beyond The Galaxy ], dan "Tracknology: the science of Star Trek" [ Treknology ].

FAQ: jika Semesta berkembang, mengapa kita tidak berkembang ; mengapa usia Alam Semesta tidak bertepatan dengan jari-jari bagian yang diamati .