Іённыя прывады, як паказаны тут рухавік NEXIS, могуць працягваць астранамічныя целы на вялікія адлегласці на працягу доўгага перыяду часу. Ці можна іх выкарыстоўваць для міграцыі ўсёй планеты? Малюнак: лабараторыя рэактыўнага руху.

Спытайце ў Ітана: Ці маглі б мы выратаваць Зямлю, перанесці яе ад Сонца?

Калі-небудзь Сонца нагрэецца дастаткова, каб кіпяціць акіян нашай планеты. Ці можа нас адсюль выратаваць усю Зямлю?

"Я б сцвярджаў, што ў любой жылой зоне, якая не кіпіць і не замярзае, інтэлігентная жыццё з'явіцца, таму што інтэлект сыходзіць". -Сімон Конвей Морыс

Калі-небудзь, у далёкай будучыні акіяны Зямлі закіпіць, знішчыўшы ўсё жыццё на паверхні планеты і, магчыма, зробіць Зямлю цалкам непрыветнай. Гэта тып глабальнага пацяплення, якога ніхто не зможа пазбегнуць: паступовае пацяпленне, якое Сонца адчувае, спальваючы сваё асноўнае паліва на працягу ўсяго жыцця. Але можа быць спосаб захаваць Зямлю населенай, калі мы плануем вельмі доўгатэрміновае рашэнне: міграцыя ўсёй Зямлі. Ці сапраўды гэта праўдападобна? Вось што хоча ведаць Мацьё Нісен:

Я хачу крыху памарыць: як вы лічыце, ці можна фізічна перанесці арбіту Зямлі з дапамогай нашых сучасных навуковых ведаў?

Каб даведацца, нам трэба высветліць, наколькі горача гэта будзе і як хутка, каб перамясціць Зямлю досыць хутка, каб захаваць яе.

У гэтым разрэзе прадстаўлены розныя ўчасткі паверхні і ўнутранай часткі Сонца, у тым ліку ядра, дзе адбываецца ядзерны сінтэз. Малюнак: Wikimedia Commons карыстальнік Kelvinsong.

Тое, як любая зорка атрымлівае сваю энергію, адбываецца шляхам зліцця больш лёгкіх элементаў у больш цяжкія. У прыватнасці, нашае Сонца злівае вадарод у гелій у рэгіёнах, дзе тэмпература ядра перавышае 4 000 000 К. Чым больш гарачыя рэчы, тым хутчэй хуткасць зліцця; сам цэнтр ядра можа быць гэтак жа гарачым, як 15000000 К. Гэтая хуткасць амаль ідэальна сталая, але не зусім. За вельмі працяглыя перыяды часу працэнт вадароду да гелію ў ядры мяняецца, у выніку чаго ўнутраныя памяшканні награваюцца крыху больш мільярдаў гадоў. Калі ён награваецца, адбываюцца тры рэчы:

  • Ён становіцца больш святлівым, гэта значыць, выдае больш поўнай энергіі з цягам часу,
  • Яна набракае нязначныя памеры, прыкметна павялічваючыся ў радыусе на некалькі адсоткаў кожныя мільярд гадоў,
  • І яго тэмпература застаецца практычна ідэальна пастаяннай, мяняючыся менш чым на 1% да мільярда гадоў.
Згодна з крывымі вышэй Сонца павялічылася ў памерах, яркасці і тэмпературы, і гэтыя тры велічыні будуць працягваць развівацца, як паказана адпаведнымі лініямі ў будучыню. Крэдыт малюнка: карыстальнік Wikimedia Commons RJHall, заснаваны на Рыбасе, Ігнасі (2010).

Усё гэта дадае адзін нязручны факт: колькасць энергіі, якая дасягае Зямлі, з часам вельмі павольна павялічваецца. За кожныя 110 мільёнаў гадоў, якія праходзяць, сонечная свяцільнасць павялічваецца прыблізна на 1%, гэта значыць, што энергія, якая дасягае Зямлі, таксама павялічваецца на 1% за гэты ж час. Калі мы знаходзіліся на Зямлі на чатыры мільярды гадоў, наша планета атрымала амаль 70% энергіі, якую мы сёння робім. І пасля яшчэ аднаго-двух мільярдаў гадоў, калі мы не зробім нічога іншага, каб змякчыць гэта, у канчатковым выніку гэта павелічэнне выкліча сур'ёзную праблему для Зямлі. У гэты момант мы ўдарым па сярэдняй тэмпературы паверхні 373 кельвін (100 ° C / 212 ° F). Іншымі словамі, у нейкі момант Сонца стане настолькі гарачым, што акіяны Зямлі закіпяцяць.

Калі тэмпература паверхні стане занадта высокай, наша планета не зможа падтрымаць існаванне на паверхні вадкай вады. Крэдыт малюнка: цэнтр касмічных палётаў NASA Goddard.

Так як мы можам змякчыць гэта? Ёсць некалькі патэнцыйных рашэнняў:

  1. Мы можам усталяваць шэраг вялікіх адбівальнікаў у пункце L1 Лагранжа, не дапушчаючы, каб частка падальнага святла трапляла на Зямлю.
  2. Мы можам геоінженерам атмасферу / альбеда нашай планеты адлюстроўваць больш святла і менш паглынаць.
  3. Мы можам дэзактыфікаваць нашу планету, выдаляючы з атмасферы малекулы, такія як метан і вуглякіслы газ.
  4. Мы можам адмовіцца ад Зямлі і засяродзіцца на фарміраванні знешніх светаў, такіх як Марс.
Магчымы шлях для магчымай тэрапіі Марса будзе больш падобны на Зямлю. Малюнак: англійская карыстальнік Вікіпедыі Ittiz.

Любая з іх, па ідэі, спрацуе, але таксама запатрабуе вялікіх намаганняў і пастаяннага абслугоўвання.

Аднак рашэнне пра пераход Зямлі на больш аддаленую арбіту было б пастаянным! І хаця нам прыйдзецца даволі моцна выштурхнуць арбіту, каб падтрымліваць тэмпературу пастаяннай, часовыя шкалы сотняў мільёнаў гадоў даюць нам шмат часу, калі нам гэта трэба. Каб адмяніць эфект павелічэння свяцільнасці Сонца на 1%, нам трэба было б адсунуць Зямлю яшчэ на 0,5% ад Сонца; каб адмяніць павелічэнне на 20% (тое, што мы чакаем у бліжэйшыя 2 мільярды гадоў), нам патрэбна Зямля яшчэ на 9,5% больш далёкая, чым мы зараз. Замест таго, каб Зямля была сярэдняй адлегласцю ў 149 600 000 км ад Сонца, мы глядзім бы як на 164000000 км.

За апошнія 4,5 мільярда гадоў адлегласць Зямля-Сонца значна не змянілася. Але калі Сонца будзе награвацца, і мы не хочам, каб Зямля награвалася суразмерна, мы павінны сур'ёзна падумаць пра перанос нашай планеты вонкі. Крэдыт малюнка: ISS Expedition 7 Crew, EOL, NASA.

Гэта зойме шмат энергіі! Для перамяшчэння Зямлі - усіх шасці сэптыліёнаў (6 × 10²⁴) кілаграмаў - гэта дадатковая адлегласць ад Сонца цалкам змяніць нашы арбітальныя параметры. Калі б мы выштурхнулі сярэдняе адлегласць Зямлі ад Сонца да 164000000 км (102 мільёны міль), мы б заўважылі некаторыя значныя змены:

  • Спатрэбіцца яшчэ 14,6% больш, каб Зямля выканала адзіную рэвалюцыю вакол Сонца.
  • Каб падтрымліваць стабільную арбіту, наша арбітальная хуткасць павінна была б запаволіць, з 30 км / с да 28,5 км / с.
  • Калі перыяд кручэння Зямлі застаўся ранейшым (24 гадзіны), у нас было б 418 дзён у годзе, а не 365.
  • Сонца на небе выглядае крыху менш - прыблізна на 10% - і ўздзеянне Сонца на прылівы можа аслабіць на некалькі сантыметраў.
Калі б Сонца раздзімалася ў памерах, але Зямля мігравала вонкі, то два наступствы не былі б зусім адменены; Сонца выглядае крыху менш ад Зямлі ў цэлым. Крэдыт на малюнак: агульнадаступнае.

Але для таго, каб вывесці Зямлю так далёка, нам трэба было б зрабіць вельмі вялікія энергетычныя змены: нам трэба будзе змяніць гравітацыйную патэнцыяльную энергію сістэмы Сонца-Зямля. Нават улічваючы ўсе астатнія фактары, у тым ліку павольна якія рухаюцца Зямлі вакол Сонца, мы павінны былі б змяніць арбітальную энергію Зямлі на 4,7 × 10³⁵ джоуляў, што эквівалентна 1,3 × 10 ² ⁰ Тэрават-гадзін: прыблізна ў 10 разоў больш чалавечых агульны гадавы запас энергіі. Можна падумаць, што два мільярды гадоў дапамогуць, і гэта, але толькі няшмат. Нам спатрэбіцца прыблізна 500 000 разоў колькасць энергіі, якую сёння стварае чалавецтва, і ва ўсім свеце ўсё пераліваецца на міграцыю планеты вонкі, каб перанесці Зямлю на бяспечную і паслядоўную адлегласць.

Хуткасць, з якой круцяцца планеты вакол Сонца, залежыць ад іх адлегласці ад Сонца. Міграванне Зямлі павольна, на 9,5%, не павінна турбаваць арбіты іншых планет. Малюнак: NASA / JPL.

Тэхналогія пераўтварэння - гэта найменшая наша праблема; самая галоўная праблема больш фундаментальная: як мы атрымаем усю гэту энергію? Рэальна ёсць толькі адно месца, якога хапае для гэтых патрэбаў, і гэта само Сонца. У цяперашні час Зямля атрымлівае каля 1500 Вт магутнасці на квадратны метр ад Сонца. Для таго, каб атрымаць дастатковую колькасць энергіі для міграцыі Зямлі ў патрэбную колькасць часу, нам трэба было б пабудаваць масіў (у космасе), які б раўнамерна збіраў гэтыя 4,7 × 10³⁵ джоуляў энергіі за перыяд часу ў два мільярды гадоў. . Гэта азначае масіў памерам 5 × 10¹⁵ квадратных метраў (і 100% эфектыўнасць) або эквівалент усёй плошчы паверхні дзесяці Зямлі.

Паняцце касмічнай сонечнай энергіі існуе даўно, але ніхто ніколі не думаў пра масіў памерам 5 мільярдаў квадратных кіламетраў. Малюнак: НАСА.

Каб перанесці Зямлю на больш высокую, бяспечную арбіту, вось што патрабуецца: пяць мільярдаў квадратных кіламетраў 100% -эфектыўнага сонечнага масіва, энергія якога цалкам пераходзіць у штурханне Зямлі на больш аддаленую арбіту вакол Сонца на два мільярды гадоў . Фізічна гэта магчыма? Зусім. З сучаснымі тэхналогіямі? Не выпадкова. І ці гэта практычна магчыма? Практычна дакладна няма, па меншай меры не з таго, што мы ведаем у цяперашні час. Прычына міграцыі ўсёй планеты настолькі складаная: з-за таго, наколькі моцны гравітацыйны цяга Сонца і наколькі масавая Зямля. Але гэта наша планета і Сонца ў нас, і Сонца будзе награвацца, незалежна ад таго, што мы робім. Пакуль мы не знойдзем спосаб сабраць і выкарыстаць гэты масіўны аб'ём энергіі, нам спатрэбяцца іншыя стратэгіі, калі мы хочам перажыць канчатковы апакаліпсіс глабальнага пацяплення!

Дасылайце пытанні, якія задаюць Ітана, на startwithabang па адрасе gmail dot com!

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".