Was wird aus der Erde nach der Bahnverschiebung? Sicht des Ingenieurs

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

In dem von Netflix veröffentlichten chinesischen Science-Fiction-Film Wandering Earth versucht die Menschheit mit riesigen, um den Planeten herum installierten Motoren, die Umlaufbahn der Erde zu ändern, um ihre Zerstörung durch die sterbende und sich ausdehnende Sonne zu vermeiden und eine Kollision mit Jupiter zu verhindern… Ein solches Szenario einer kosmischen Apokalypse könnte eines Tages tatsächlich eintreten. In etwa 5 Milliarden Jahren wird unserer Sonne der Treibstoff für eine thermonukleare Reaktion ausgehen, sie wird sich ausdehnen und höchstwahrscheinlich unseren Planeten verschlucken. Natürlich werden wir alle noch früher an einem globalen Temperaturanstieg sterben, aber eine Änderung der Erdumlaufbahn kann in der Tat eine notwendige Lösung sein, um eine Katastrophe zumindest theoretisch zu vermeiden.

Aber wie kann die Menschheit eine so hochkomplexe Ingenieursaufgabe bewältigen? Der Weltraumsystemingenieur Matteo Ceriotti von der University of Glasgow teilte auf den Seiten von The Conversetion mehrere mögliche Szenarien.

Angenommen, unsere Aufgabe besteht darin, die Umlaufbahn der Erde zu verschieben, indem sie etwa die Hälfte der Entfernung von ihrem aktuellen Standort von der Sonne wegbewegt, etwa dorthin, wo sich jetzt der Mars befindet. Führende Raumfahrtagenturen auf der ganzen Welt überlegen und arbeiten sogar daran, kleine Himmelskörper (Asteroiden) aus ihrer Umlaufbahn zu verdrängen, was in Zukunft dazu beitragen soll, die Erde vor äußeren Einflüssen zu schützen. Einige Optionen bieten eine äußerst zerstörerische Lösung: eine nukleare Explosion in der Nähe oder auf dem Asteroiden; die Verwendung eines "kinetischen Impaktors", dessen Rolle beispielsweise ein Raumfahrzeug spielen kann, das darauf abzielt, mit hoher Geschwindigkeit mit einem Objekt zu kollidieren, um seine Flugbahn zu ändern. Aber was die Erde betrifft, werden diese Optionen aufgrund ihrer zerstörerischen Natur sicherlich nicht funktionieren.

Im Rahmen anderer Ansätze wird vorgeschlagen, Asteroiden mit Raumschiffen, die als Schlepper fungieren, oder mit Hilfe größerer Raumschiffe, die aufgrund ihrer Schwerkraft das gefährliche Objekt von der Erde abziehen, von einer gefährlichen Flugbahn abzuziehen. Auch dies wird mit der Erde nicht funktionieren, da die Masse der Objekte völlig unvergleichlich sein wird.

Elektromotoren

Sie werden sich wahrscheinlich sehen, aber wir haben die Erde schon lange aus unserer Umlaufbahn verdrängt. Jedes Mal, wenn eine andere Sonde unseren Planeten verlässt, um andere Welten des Sonnensystems zu studieren, erzeugt die Trägerrakete, die sie trägt, einen winzigen (natürlich planetarischen) Impuls und wirkt auf die Erde, indem sie sie in die ihrer Bewegung entgegengesetzte Richtung drückt. Ein Beispiel ist ein Schuss aus einer Waffe und der daraus resultierende Rückstoß. Zum Glück für uns (aber leider für unseren "Plan, die Umlaufbahn der Erde zu verschieben") ist dieser Effekt für den Planeten fast unsichtbar.

Die derzeit leistungsstärkste Rakete der Welt ist die amerikanische Falcon Heavy von SpaceX. Aber wir brauchen etwa 300 Trillionen Starts dieser Träger bei Volllast, um mit der oben beschriebenen Methode die Erdumlaufbahn zum Mars zu bewegen. Darüber hinaus wird die Materialmasse, die für die Herstellung all dieser Raketen erforderlich ist, 85 Prozent der Masse des Planeten selbst entsprechen.

Die Verwendung von Elektromotoren, insbesondere von Ionenmotoren, die einen Strom geladener Teilchen freisetzen, wodurch eine Beschleunigung auftritt, wird eine effektivere Möglichkeit sein, der Masse eine Beschleunigung zu verleihen. Und wenn wir auf einer Seite unseres Planeten mehrere solcher Motoren installieren, kann unsere alte Erdenfrau wirklich auf eine Reise durch das Sonnensystem gehen.

Es stimmt, in diesem Fall werden Motoren von wahrhaft gigantischen Abmessungen benötigt. Sie müssen in einer Höhe von etwa 1000 Kilometern über dem Meeresspiegel außerhalb der Erdatmosphäre installiert, aber gleichzeitig sicher an der Erdoberfläche befestigt werden, damit eine Schubkraft auf diese übertragen werden kann. Darüber hinaus müssen wir selbst bei einem Ionenstrahl, der mit 40 Kilometern pro Sekunde in die gewünschte Richtung ausgestoßen wird, immer noch das Äquivalent von 13 Prozent der Erdmasse als Ionenteilchen ausstoßen, um die restlichen 87 Prozent der Masse des Planeten zu bewegen.

Lichtsegel

Da Licht Impuls trägt, aber keine Masse hat, können wir auch einen sehr starken kontinuierlichen und fokussierten Lichtstrahl, wie beispielsweise einen Laser, verwenden, um den Planeten zu verschieben. In diesem Fall wird es möglich sein, die Energie der Sonne selbst zu nutzen, ohne die Masse der Erde selbst zu nutzen. Aber selbst mit einem unglaublich leistungsstarken 100-Gigawatt-Lasersystem, das im Peakthrough-Starshot-Projekt zum Einsatz kommen soll, bei dem Wissenschaftler eine kleine Raumsonde mit einem Laserstrahl zum nächsten Stern unseres Systems schicken wollen, brauchen wir drei Trillionen Jahre kontinuierlicher Laserpulse, um unser Ziel der Bahnumkehr zu erreichen.

Sonnenlicht kann direkt von einem riesigen Sonnensegel reflektiert werden, das sich im Weltraum befindet, aber auf der Erde verankert ist. Im Rahmen früherer Forschungen haben Wissenschaftler herausgefunden, dass dies eine reflektierende Scheibe mit dem 19-fachen Durchmesser unseres Planeten erfordern würde. In diesem Fall müssen Sie jedoch etwa eine Milliarde Jahre warten, um das Ergebnis zu erzielen.

Interplanetares Billard

Eine weitere Möglichkeit, die Erde aus ihrer aktuellen Umlaufbahn zu entfernen, ist die bekannte Methode des Impulsaustausches zwischen zwei rotierenden Körpern, um deren Beschleunigung zu ändern. Diese Technik wird auch als Schwerkraftunterstützung bezeichnet. Diese Methode wird häufig bei interplanetaren Forschungsmissionen verwendet. Zum Beispiel nutzte die Raumsonde Rosetta, die 2014-2016 den Kometen 67P im Rahmen ihrer zehnjährigen Reise zum Studienobjekt besuchte, zweimal Schwerkraftunterstützung um die Erde, 2005 und 2007.

Infolgedessen verlieh das Gravitationsfeld der Erde der Rosetta jedes Mal eine erhöhte Beschleunigung, die allein mit den Motoren der Apparatur selbst nicht zu erreichen gewesen wäre. Auch die Erde erhielt im Rahmen dieser Gravitationsmanöver einen entgegengesetzten und gleichen Beschleunigungsimpuls, der jedoch aufgrund der Masse des Planeten selbst natürlich keinen messbaren Effekt hatte.

Aber was ist, wenn Sie das gleiche Prinzip anwenden, aber mit etwas Massiverem als einem Raumfahrzeug? Dieselben Asteroiden können beispielsweise ihre Flugbahn unter dem Einfluss der Erdanziehung durchaus ändern. Ja, eine einmalige gegenseitige Beeinflussung der Erdumlaufbahn wird unbedeutend sein, aber diese Aktion kann viele Male wiederholt werden, um letztendlich die Position der Umlaufbahn unseres Planeten zu ändern.

Bestimmte Regionen unseres Sonnensystems sind recht dicht mit vielen kleinen Himmelskörpern, wie Asteroiden und Kometen, "ausgestattet", deren Masse klein genug ist, um sie mit entsprechenden und entwicklungstechnisch durchaus realistischen Technologien näher an unseren Planeten heranzuführen.

Bei sehr sorgfältiger Berechnung der Flugbahn ist es durchaus möglich, die sogenannte "Delta-v-Verschiebung"-Methode anzuwenden, wenn ein kleiner Körper durch eine enge Annäherung an die Erde aus seiner Umlaufbahn verschoben werden kann, was wird unserem Planeten eine viel größere Dynamik verleihen. Das alles klingt natürlich sehr cool, aber es wurden frühere Studien durchgeführt, die festgestellt haben, dass wir in diesem Fall eine Million solcher engen Asteroidenpassagen benötigen, und jede von ihnen muss im Abstand von mehreren tausend Jahren stattfinden, sonst werden wir es sein Spät, wenn sich die Sonne so weit ausdehnt, dass Leben auf der Erde unmöglich wird.

Schlussfolgerungen

Von allen heute beschriebenen Optionen scheint die Verwendung mehrerer Asteroiden zur Schwerkraftunterstützung die realistischste zu sein. Aber in Zukunft könnte die Nutzung von Licht natürlich eine geeignetere Alternative werden, wenn wir lernen, riesige kosmische Strukturen oder superstarke Lasersysteme zu erschaffen. Auf jeden Fall können diese Technologien auch für unsere zukünftige Weltraumforschung nützlich sein.

Und doch, trotz der theoretischen Möglichkeit und der Wahrscheinlichkeit der praktischen Machbarkeit in der Zukunft, wäre für uns die vielleicht am besten geeignete Option zur Rettung die Umsiedlung auf einen anderen Planeten, zum Beispiel auf denselben Mars, der den Tod unserer Sonne überleben kann. Schließlich betrachtet die Menschheit es seit langem als potenzielle zweite Heimat für unsere Zivilisation. Und wenn man auch bedenkt, wie schwierig es sein wird, die Idee einer Verschiebung der Erdbahn umzusetzen, den Mars zu kolonisieren und ihn zu terraforming, um dem Planeten ein bewohnbareres Aussehen zu verleihen, mag nicht so schwierig erscheinen.