Eines Tages in der Zukunft werden die Ozeane der Erde kochen, alles Leben auf der Oberfläche des Planeten zerstören und ihn völlig unbewohnbar machen. Diese globale Erwärmung ist in gewissem Sinne unvermeidlich: Die allmähliche Erwärmung der Sonne tritt aufgrund des allmählichen Ausbrennens des Brennstoffs im Stern auf. Es gibt jedoch eine Möglichkeit, die Erde bewohnbar zu halten, wenn wir eine langfristige Lösung entwickeln: die Migration der gesamten Erde. Ist das möglich?
Wir müssen herausfinden, wie heiß es wird und wie schnell es passieren wird, um die Erde in einem Tempo zu bewegen.
Die Art und Weise, wie ein Stern seine Energie erhält, besteht darin, leichtere Elemente mit schwereren Elementen im Kern zu verschmelzen. Insbesondere unsere Sonne synthetisiert Helium aus Wasserstoff in Regionen, in denen die Kerntemperatur 4.000.000 Grad überschreitet. Je heißer, desto schneller die Syntheserate; Im Herzen des Kerns erreicht die Temperatur 15.000.000 Grad. Diese Geschwindigkeit ist fast immer konstant. Mit der Zeit ändert sich der Prozentsatz von Wasserstoff zu Helium, und das Innere erwärmt sich über Milliarden von Jahren etwas mehr. Und wenn das Aufwärmen stattfindet, beobachten wir Folgendes:
- Die Leuchtkraft nimmt zu - mit der Zeit wird mehr Energie abgegeben
- Die Leuchte nimmt leicht zu, der Radius nimmt pro Milliarde Jahre um mehrere Prozent zu
- Die Temperatur bleibt fast immer konstant und variiert um weniger als 1% pro Milliarde Jahre.
Alles läuft auf eine unangenehme Tatsache hinaus: Die Energiemenge, die die Erde erreicht, nimmt mit der Zeit langsam zu. Alle 110 Millionen Jahre steigt die solare Leuchtkraft um etwa 1%. Dies bedeutet, dass die Energie, die die Erde erreicht, ungefähr zur gleichen Zeit um 1% zunimmt. Als die Erde vier Milliarden Jahre jünger war, erhielt unser Planet 70% der Energie, die er heute erhält. Und in ein oder zwei Milliarden Jahren, wenn wir nichts tun, werden sich auf der Erde erhebliche Probleme bilden. Irgendwann steigt die Oberflächentemperatur auf 100 Grad Celsius. Das heißt, die Ozeane werden verdunsten.
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Wie können wir das abmildern? Es gibt mehrere mögliche Lösungen:
„Wir können eine Reihe großer Reflektoren am L1 Lagrange-Punkt installieren, um zu verhindern, dass ein Teil des Lichts die Erde erreicht.
„Wir können die Atmosphäre / Albedo unseres Planeten so geotechnisch gestalten, dass sie mehr Licht reflektiert und weniger absorbiert.
„Wir können den Planeten vor dem Treibhauseffekt retten, indem wir Methan- und Kohlendioxidmoleküle aus der Atmosphäre entfernen.
„Wir können die Erde verlassen und uns darauf konzentrieren, Außenwelten wie den Mars zu terraformieren.
Theoretisch kann alles funktionieren, aber es wird enorme Anstrengungen und Unterstützung erfordern.
Die Entscheidung, die Erde in eine entfernte Umlaufbahn zu migrieren, kann jedoch endgültig werden. Und obwohl wir den Planeten ständig aus der Umlaufbahn bewegen müssen, um die Temperatur konstant zu halten, wird es Hunderte Millionen Jahre dauern. Um den Effekt einer Erhöhung der Sonnenhelligkeit um 1% zu kompensieren, muss die Erde 0,5% von der Sonne entfernt sein. Um den Anstieg von 20% (dh über 2 Milliarden Jahre) auszugleichen, muss die Erde um 9,5% weiter bewegt werden. Die Erde wird nicht länger 149,6 Millionen km von der Sonne entfernt sein, sondern 164 Millionen km.
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 die Erde vollständig röstet, müssen wir ernsthaft über die Möglichkeit einer Planetenmigration nachdenken.
Es braucht viel Energie! Die Erde - alle sechs Septillionen Kilogramm (6 x 1024) - von der Sonne wegzubewegen, würde unsere Umlaufbahnparameter erheblich verändern. Wenn wir den Planeten 164.000.000 km von der Sonne entfernt bewegen, gibt es offensichtliche Unterschiede:
- Die Erde dreht sich 14,6% länger um die Sonne
- Um eine stabile Umlaufbahn aufrechtzuerhalten, muss unsere Umlaufgeschwindigkeit von 30 km / s auf 28,5 km / s fallen
- Wenn die Periode der Erdrotation gleich bleibt (24 Stunden), beträgt das Jahr nicht 365, sondern 418 Tage
- Die Sonne am Himmel wird um 10% viel kleiner sein und die durch die Sonne verursachten Gezeiten werden um einige Zentimeter schwächer sein
Wenn die Sonne anschwillt und sich die Erde von ihr entfernt, werden diese beiden Effekte nicht vollständig kompensiert. Die Sonne wird von der Erde aus kleiner erscheinen.
Aber um die Erde so weit zu bringen, müssen wir sehr große Energieänderungen vornehmen: Wir müssen die potentielle Gravitationsenergie des Sonne-Erde-Systems ändern. Selbst unter Berücksichtigung aller anderen Faktoren, einschließlich der Verlangsamung der Erdbewegung um die Sonne, müssen wir die Umlaufbahn der Erde um 4,7 x 1035 Joule ändern, was 1,3 x 1020 Terawattstunden entspricht: das 1015-fache der jährlichen Energiekosten die Menschheit. Man würde denken, dass sie in zwei Milliarden Jahren anders sein werden, und das sind sie, aber nicht viel. Wir werden 500.000 Mal mehr Energie benötigen, als die Menschheit heute auf der ganzen Welt erzeugt, und alles wird dazu beitragen, die Erde in Sicherheit zu bringen.
Die Geschwindigkeit, mit der sich die Planeten um die Sonne drehen, hängt von ihrer Entfernung von der Sonne ab. Die langsame Wanderung der Erde in 9,5% der Entfernung wird die Umlaufbahnen anderer Planeten nicht stören.
Technologie ist nicht die schwierigste Frage. Die knifflige Frage ist viel grundlegender: Wie bekommen wir all diese Energie? In Wirklichkeit gibt es nur einen Ort, der unsere Bedürfnisse befriedigt: die Sonne selbst. Derzeit erhält die Erde von der Sonne etwa 1500 Watt Energie pro Quadratmeter. Um genug Energie zu erhalten, um die Erde in der richtigen Zeit zu wandern, müssen wir ein Array (im Weltraum) bauen, das über 2 Milliarden Jahre gleichmäßig 4,7 x 1035 Joule Energie sammelt. Dies bedeutet, dass wir eine Anordnung von 5 x 1015 Quadratmetern (und 100% Wirkungsgrad) benötigen, was der gesamten Fläche von zehn Planeten entspricht, wie bei uns.
Das Konzept der Weltraumsolarenergie ist seit langem in der Entwicklung, aber noch hat sich niemand eine Reihe von Solarzellen mit einer Größe von 5 Milliarden Quadratkilometern vorgestellt.
Um die Erde in eine weiter entfernte sichere Umlaufbahn zu bringen, wird daher ein 100% effizientes Solarpanel von 5 Milliarden Quadratkilometern benötigt, dessen gesamte Energie dafür aufgewendet wird, die Erde innerhalb von 2 Milliarden Jahren in eine andere Umlaufbahn zu bringen. Ist es physikalisch möglich? Absolut. Mit moderner Technik? Überhaupt nicht. Ist das praktisch möglich? Mit dem, was wir jetzt wissen, mit ziemlicher Sicherheit nicht. Das Ziehen eines ganzen Planeten ist aus zwei Gründen schwierig: Erstens wegen der Anziehungskraft der Sonne und wegen der Massivität der Erde. Aber wir haben so eine Sonne und so eine Erde, und die Sonne wird sich unabhängig von unseren Handlungen erwärmen. Bis wir herausfinden, wie wir diese Energiemenge sammeln und nutzen können, brauchen wir andere Strategien.
Ilya Khel
