پیشنهاد جنجالی دانشمند ایرانی برای خنک کردن زمین - وبلاگ مویک

به گزارش وبلاگ مویک، خاتمه حیات در زمین می تواند از آنچه فکر می کنیم، نزدیک تر باشد، اما آیا غیر از یافتن یک سیاره قابل سکونت و نقل مکان به آن، ایجاد یک تغییر در مدار زمین می تواند زمین را از نابودی نجات دهد؟

به گزارش ایسنا، به گفته ستاره شناسان، حدود پنج میلیارد سال دیگر، خورشید در هسته خود به طور کامل هیدروژن تمام می نماید و منبسط و منفجر می گردد و احتمالاً زمین را می بلعد. قطعا این آینده روشنی نیست که همه ما می خواهیم.

ایلان ماسک مدیرعامل شرکت فضایی اسپیس ایکس به تازگی در توییتی اعلام نمود که انبساط خورشید منجر به انقراض کلی حیات در سیاره زمین می گردد و زندگی میان سیاره ای را به یک ضرورت تبدیل می نماید. وی این را در پاسخ به مقاله ای که در خصوص انقراض جمعی ناشی از فعالیت های انسانی هشدار داده بود، گفت و بر ضرورت کار بر روی راهکار هایی برای نقل مکان از زمین تاکید نمود.

این در حالی است که ما که هنوز فناوری لازم برای زندگی در دنیا های دیگر را نداریم و از طرفی، ممکن است یک فاجعه نزدیک پیش رو داشته باشیم و آن، تغییرات روزافزون آب و هوا و گرم شدن کره زمین و تغییرات اقلیمی است.

انتشار گاز های گلخانه ای به طور قابل توجهی دما و الگوی آب و هوای سیاره ما را تغییر داده است. بر اساس 6 مجموعه داده بین المللی که به وسیله سازمان دنیای هواشناسی ادغام شده اند، سال 2021 در میان هفت سال گرم ثبت شده در تاریخ، یکی از گرم ترین ها و بعلاوه گرم ترین سال از سال 2015 تا به امروز بوده است. ضمن اینکه سال های 2016، 2019 و 2020 نیز هر سه از سال های گرم دهه اخیر بوده اند.

یک رویداد قوی ال نینو که در سال 2016 رخ داد نیز به افزایش میانگین گرمایش دنیای یاری کرد.

ال نینو یکی از چرخه های مشهور آب و هوایی دنیا است که هر دو تا هفت سال یک بار باعث ایجاد ناهنجاری های بزرگی در آب و هوای سراسر سیاره زمین می گردد. از جمله این ناهنجاری ها می توان به سیلاب های ناگهانی، خشکسالی، قحطی و اپیدمی اشاره نمود. ال نینو به طور ساده عبارت است از یک رخداد اقلیمی کلان که در اثر رها شدن انرژی انباشته در بزرگترین حوزه اقیانوسی دنیا یعنی جنوب اقیانوس آرام رخ می دهد. نشانه اولیه آن هم تغییر جهت جریان آب های سرد و گرم و بعلاوه باد های این منطقه است.

دانشمندان پیش بینی می نمایند که افزایش غلظت گاز های گلخانه ای باعث افزایش قابل توجه دما و احتمالاً ذوب شدن بیشتر یخ های قطبی خواهد شد و بعلاوه نگرانی دیگری مبنی بر این وجود دارد که مقدار انرژی که به زمین می رسد در طول زمان به شکل بسیار آهسته در حال افزایش است. این افزایش در نهایت مسائل شدیدی را برای زمین ایجاد می نماید و باعث می گردد روزی سیاره زمین به قدری داغ گردد که اقیانوس های زمین به جوش بیایند!

در حال حاضر، سیاست هایی که برای جلوگیری از گرم شدن زمین وجود دارد، حول محور کاهش مصرف سوخت های فسیلی و سرمایه گذاری در منابع سبزتر و پاک تر انرژی است. کارشناسان برخلاف وجود وعده های مختلف برای کاهش سرعت تغییرات آب و هوایی، معتقدند که توافق پاریس برای جلوگیری از افزایش میانه دمای دنیای به بالاتر از 1.5 درجه سانتی گراد کافی نیست.

کارشناسان معتقدند که توافق پاریس برای جلوگیری از افزایش میانه دمای دنیای به بالاتر از 1.5 درجه سانتی گراد کافی نیست.

تغییر مدار زمین

اکنون سهراب راهوار اخترشناس و استاد فیزیک دانشگاه صنعتی شریف ایران، تصمیم گرفته تا چالش های یک سیاره در حال گرم شدن پیوسته و یک خورشید درخشان تر را آنالیز کند. وی در مقاله ای که هنوز مورد آنالیز همتا قرار نگرفته است، یک پیشنهادی برای کاهش دمای کره زمین ارائه نموده است. در مقاله سهراب راهوار آمده است که با استفاده از یاری گرانشی از سیارک ها می توانیم فاصله مداری زمین از خورشید را افزایش دهیم و سیاره زمین را به موقعیت خنک تری ببریم.

چیزی که ما به طور کلی فکر می کنیم می توانیم روی آن حساب کنیم، ثبات مدار زمین است. بر اساس یک مقاله علمی، طی 4.5 میلیارد سال گذشته، جهت مداری زمین به دور خورشید حتی در مواجهه با برخورد شهاب سنگ های غول پیکر، شکل گیری قمر ها و کاهش مداوم چرخش سیاره ما، عملاً بدون تغییر به جای مانده است.

یک احتمال بیش از 99 درصدی وجود دارد که مدار زمین همچنان بدون تغییر باقی خواهد ماند. با این حال، این ثبات مداری می تواند منجر به یک فاجعه در نهایت اجتناب ناپذیر برای کل سیاره گردد.

مقاله پیش چاپ راهوار، عملیاتی را پیشنهاد می نماید که از مکانیسم یاریِ گرانشیِ حرکت سیارک های نزدیک به زمین استفاده می نماید. وی شرح می دهد که مدار سیارک ها در کمربند سیارک ها را با استفاده از بادبان های خورشیدی و موتور های پیشران برای راهنمایی آن ها به سمت مدار مریخ دستکاری گردد.

به گفته وی، اثر پراکندگی گرانشی، جایی که یک جرم بزرگ می تواند جسم کوچک تر را جابجا کند و در نتیجه نیرویی برابر و مخالف به خود بازگرداند، می تواند برای افزایش فاصله مداری زمین بکار گرفته گردد که در نتیجه دمای زمین را خنک می نماید.

به گفته وی، اثر پراکندگی گرانشی، جایی که یک جرم بزرگ می تواند جسم کوچک تر را جابجا کند و در نتیجه نیرویی برابر و مخالف به خود بازگرداند، می تواند برای افزایش فاصله مداری زمین بکار گرفته گردد که در نتیجه دمای زمین را خنک می نماید.

در حالی که این ایده یک ایده شگرف و هیجان انگیز به نظر می رسد، راهنمایی زمین به مداری دیگر تنها یکی از راهکار های بی شماری است که برای مقابله با تغییرات آب و هوایی پیشنهاد شده است.

راهوار در این مقاله، افزایش فاصله مداری زمین را برای هر مقدار جابجایی محاسبه نموده و امکان سنجی انجام این پروژه را آنالیز نموده است. اما یاری گرانشی چیست و چگونه می توان آن را پیاده سازی کرد؟

سهراب راهوار پیشنهاد می نماید که سیارک ها را با یاری گرانش جابجا کنیم. این موضوع اولین بار به وسیله فردریش زاندر و یوری کوندراتیوک، پیشگامان پرواز فضایی در مقالات خود که به ترتیب در سال های 1925 و 1938 منتشر شدند، پیشنهاد شد.

یاری گرانشی

مانور یاری گرانشی، تکنیکی است که در آن فضاپیما انرژی مداری و تکانه زاویه ای خود را با نزدیک شدن به یک جرم آسمانی تغییر می دهد و از گرانش آن به عنوان نیروی یاریی استفاده می نماید. این کار منجر به کاهش زیادی در مصرف سوخت و زمان پرواز فضاپیما می گردد.

این مانور اولین بار در سال 1959 به وسیله کاوشگر شوروی موسوم به لونا 3 در ماموریتی برای عکاسی از نیمه پنهان ماه اجرا شد. از آن موقع، تعدادی از کاوشگر های میان سیاره ای از جمله کاوشگر های وویجر، مارینر یا گالیلئو نیز از این تکنیک استفاده کردند.

اغلب سیارک ها در منظومه شمسی مانند سیاره ها و با همان زاویه حرکت می نمایند. تعداد زیادی از سیارک های نزدیک به ما در کمربند سیارکی، بین مدار مریخ و مشتری قرار دارند. برای داشتن برهمکنش گرانشی سیارک ها با زمین، فاصله مداری بین آن ها و خورشید باید کاهش یابد. راهوار برای این کار، استفاده از بادبان های خورشیدی را پیشنهاد می نماید. در روش پیشنهادی، سرعت مداری تعدادی از سیارک ها در کمربند سیارکی با استفاده از بادبان های خورشیدی کاهش می یابد تا عملی شبیه به عمل ترمز انجام گردد و حرکت سیارک ها به مدار های پایین تر کشیده گردد.

یک فضاپیمای دارای بادبان خورشیدی، بادبان های بازتابنده بزرگی دارد که تکانه فوتون های نور خورشید را می گیرد و از آن تکانه برای هل دادن فضاپیما رو به جلو استفاده می نماید. بادبان خورشیدی به سیارک های شناسایی شده متصل می گردد و سرعت مداری سیارک ها را کاهش می دهد. نتیجه این کار نیز حرکت سیارک ها به سمت مدار های پایین تر خواهد بود.

تئوری راهوار این است که وقتی این سیارک ها از زمین می گذرند، کشش گرانشی آن ها به کشش جزئی زمین منجر می گردد و آن را از مدار خود بیرون می کشد و در مدار جدیدی دورتر از خورشید قرار می دهد. این امر زمین را در موقعیت دورتری از خورشید قرار می دهد و در نتیجه دمای سطح زمین کاهش می یابد.

تئوری راهوار این است که وقتی این سیارک ها از زمین می گذرند، کشش گرانشی آن ها به کشش جزئی زمین منجر می گردد و آن را از مدار خود بیرون می کشد و در مدار جدیدی دورتر از خورشید قرار می دهد. این امر زمین را در موقعیت دورتری از خورشید قرار می دهد و در نتیجه دمای سطح زمین کاهش می یابد.

برنامه ریزی برای تغییر مدار زمین از دهه ها پیش آغاز شد

در سال 2001، گروهی از ستاره شناسان و مهندسان در مرکز تحقیقات ایمز ناسا در کالیفرنیا به این ایده اشاره نمودند که می توان شش میلیارد سال دیگر به عمر سیاره زمین افزود و عمر آن را با انتقال آن به نقطه ای خنک تر دو برابر کرد.

ایده آن ها نیز مانند سهراب راهوار استفاده از همین تکنیک منحرف کردن سیارک ها یا دنباله دار هایی است که به سمت زمین می آیند. دکتر گرگوری لافلین استاد نجوم دانشگاه ییل و همکارانش دان کوریکانسکی و فرد آدامز طرحی را ارائه کردند که شامل راهنمایی دقیق یک دنباله دار یا سیارک به گونه ای است که از کنار سیاره ما عبور کند و مقداری انرژی گرانشی خود را به زمین منتقل کند. لافلین در مصاحبه ای با گاردین گفت: در نتیجه سرعت مداری زمین افزایش می یابد و ما به مدار بالاتری دور از خورشید حرکت می کنیم.

وی افزود: پس از عبور از کنار زمین، این دنباله دار به گونه ای راهنمایی می گردد که از نزدیکی مشتری یا زحل بگذرد، جایی که این فرایند به شکل معکوس رخ می دهد و دنباله دار از این سیارات انرژی گرانشی می گیرد و مدارش آن را به زمین باز می گرداند و این فرایند همین طور تکرار می گردد. تنها کاری که شما باید انجام دهید این است که یک موشک شیمیایی را به یک سیارک یا دنباله دار ببندید و آن را در زمان مناسب روشن کنید.

با این حال، این گروه به کم و کاستی های این طرح که می تواند عواقب شدیدی را در پی داشته باشد، اذعان داشت. راهنمایی یک سیارک یا دنباله دار به سمت زمین احتیاجمند محاسبات بسیار دقیق است. کوچکترین اشتباه محاسباتی در مدار می تواند آن را مستقیماً به زمین برخورد دهد.

محققان در یک مقاله که در مجله Astrophysics and Space Science منتشر شده است، اظهار داشتند: برخورد یک جرم به قطر 100 کیلومتر با زمین با سرعت کیهانی، بیوسفر را کاملا تا سطح باکتریایی نابود می نماید و این خطر را نمی توان دست کم گرفت.

در سال 2019، مقاله ای که به وسیله متئو سریوتی مدرس مهندسی سیستم های فضایی در دانشگاه گلاسکو منتشر شد، طرحی مشابه برای انجام یک یاری گرانشی برای حرکت زمین به مداری دیگر پیشنهاد کرد. این روش با طراحی دقیق جهت نشان می دهد که یک جرم کوچک را می توان از مدار خود خارج کرد و در نتیجه از کنار زمین عبور داد و سیاره زمین را جابجا کرد.

اگرچه این ایده مجذوب کننده به نظر می رسد، اما تخمین زده شده است که برای همگام شدن با انبساط خورشید، میلیون ها بار عبور سیارک از نزدیک زمین و یاری گرانشی مورد احتیاج است.

پیشران غول پیکر در قطب جنوب!

مقاله دیگری که اخیراً منتشر شده است، استفاده از یک رانشگر غول پیکر در قطب جنوب را بدین منظور پیشنهاد می نماید.

پرتاب زمین به مدار بالاتر احتیاج به انرژی زیادی دارد. این مقاله پیشنهاد می نماید که همان قوانین فیزیکی که برای پرتاب موشک به فضا کار می نمایند، برای پرتاب زمین به مداری بالاتر نیز کار می نمایند و باید نیروی رانشی لازم اعمال گردد که حرکت زمین را در جهت مثبت تغییر دهد و در نهایت ما را از خورشید دورتر کند.

این رانشگر پیشنهادی، انرژی خود را از خورشید می گیرد و محقان می گویند شاید با استفاده از یک آرایه خورشیدی غول پیکر بتوان انرژی خورشید را به نیروی رانش تبدیل کرد و سپس آن نیرو را برای تغییر مدار زمین اعمال کرد.

این رانشگر در حالت ایده آل باید به گونه ای باشد که زمین را در جهتی که هم اکنون در حال حرکت است، جابجا کند. با این حال، مدیریت چنین چیزی در سیاره ای که به سرعت و به طور مداوم در حال چرخش است، بسیار سخت خواهد بود.

نتیجه این خواهد بود که زمین آغاز به شتاب گرفتن می نماید و به مداری بالاتر می رود. همانطور که انرژی جنبشی به وسیله رانش مداوم افزایش می یابد، به ما یاری می نماید تا از تسلط گرانشی خورشید خارج شویم. این کار، ما را به فاصله مداری بیشتری می برد و ما را قادر می سازد به آرامی شار تابش خورشیدی را که به سیاره ما برخورد می نماید، کاهش دهیم.

نگاه سیاست به تغییر مدار زمین

تغییر در مدار زمین حتی به وسیله سیاستمداران نیز پیشنهاد شده است، البته اغلب به وسیله کسانی که دانش یا درک علمی زیادی نداشته اند.

لویی گومرت نماینده جمهوری خواه تگزاس در جلسه استماع کنگره آمریکا در ژوئن 2021 که شخصی بی اعتنا به تغییرات آب و هوایی است و زمانی استدلال می کرد که گرم شدن کره زمین چیز خوبی است، زیرا به مردم اجازه می دهد گیاهان بیشتری بکارند! از یک مقام سازمان جنگل داری ایالات متحده پرسیده است که آیا سازمان آن ها می تواند مدار ماه یا زمین را تغییر دهد تا اثرات تغییرات آب و هوایی ناشی از فعالیت های انسانی خنثی گردد؟

بریت شرینگهاوزن اخترشناس سیاره ای در کالج بلویت با نگاهی به این موضوع، در یک مقاله نوشت: تعادل تابشی شامل تعادل میان انرژی دریافتی از پرتو های خورشید و انرژی ساطع شده از زمین، کلید درک ما از تغییر دمای سیاره است.

بریت شرینگهاوزن اخترشناس سیاره ای در کالج بلویت با نگاهی به این موضوع، در یک مقاله نوشت: تعادل تابشی شامل تعادل میان انرژی دریافتی از پرتو های خورشید و انرژی ساطع شده از زمین، کلید درک ما از تغییر دمای سیاره است.

وی بعلاوه معادله ای برای توصیف ارتباط بین دمای زمین، دمای خورشید، شعاع خورشید، فاصله زمین تا خورشید و سپیدایی یا آلبدوی زمین ابداع کرد که مقدار انعکاس انرژی خورشیدی سیاره ما را مقدار می گیرد.

سپیدایی یا آلبِدو به معنی درصد بازتاب نور از سطح یک جسم است.

وی گفت: برای خنک کردن زمین، متغیری مانند دما یا شعاع خورشید، آلبدوی زمین یا فاصله تا خورشید باید تغییر کند. اگر کاهش آلبدوی زمین را با مقابله با انتشار گاز های گلخانه ای کاهش دهید، در این صورت گزینه تغییر مدار سیاره باقی می ماند.

مشکل این است که با محاسبات شارینگهاوزن، این کار انرژی زیادی می گیرد، کاهش دما به مقدار سه درجه سانتیگراد، ما را ملزم می نماید که سیاره زمین را سه میلیون کیلومتر دیگر از خورشید دور کنیم. این کار حدود پنج ضرب در 10 به توان 1031 ژول انرژی می گیرد. این در حالی است که فراوری برق دنیای سالیانه در زمین حدود 10 به توان 19 ژول است. یعنی فقط 0.0000000000002 درصد از آنچه احتیاج است!

بنابراینشارینگهاوزن روش دیگری را پیشنهاد کرد؛ منفجر کردن یک بمب هسته ای در نزدیکی سیارک مورد نظر! وی می گوید: این کار اساساً بخشی از سیارک را تبخیر می نماید و بخاری که در حال فرار است، مانند اگزوز موشک عمل می نماید و سیارک را به سمت جلو می راند.

گزا گیوک مدیر نجوم در آسمان نمای آدلر در شیکاگو می گوید: اگرچه این کار می تواند مدار زمین را تغییر دهد، اما برای جابه جایی زمین تا فاصله مورد احتیاج به یک میلیارد برابر بیشتر از انفجار های هسته ای که تا به حال انجام داده ایم، احتیاج است که معادل پرتاب کردن یک بمب اتمی در هر ثانیه به مدت 500 سال است!

گزینه دیگری که در مقاله Scientific American ذکر شده است، بسیار شبیه به روش پیشنهادی سهراب راهوار و شامل گرفتن انرژی از سایر اجرام آسمانی با عبور دادن سیارک ها یا دنباله دار ها از کنار زمین است.

اتان سیگل اخترفیزیکدان نویسنده این مقاله می گوید: مشکل اصلی برای جابجایی سیاره ما، مقیاس بزرگ آن است. جرم کل کمربند سیارکی تنها چهار تا پنج درصد جرم ماه است، در حالی که جرم خودِ ماه 0.05 تا 0.06 درصد جرم زمین است.

وی افزود: استفاده از تمام جرم کمربند سیارکی، زمین را کمتر از 748 هزار کیلومتر از خورشید دور می نماید که برابر با یک چهارم مسافتی است که ما احتیاج داریم برای خنک شدن از خورشید دور شویم. این در حالی است که یک اشتباه محاسباتی موجب یک برخورد مهیب خواهد شد که نابودی فوری و انقراض دسته جمعی دنیای را رقم خواهد زد.

وی افزود: استفاده از تمام جرم کمربند سیارکی، زمین را کمتر از 748 هزار کیلومتر از خورشید دور می نماید که برابر با یک چهارم مسافتی است که ما احتیاج داریم برای خنک شدن از خورشید دور شویم. این در حالی است که یک اشتباه محاسباتی موجب یک برخورد مهیب خواهد شد که نابودی فوری و انقراض دسته جمعی دنیای را رقم خواهد زد.

تغییر مدار زمین امکان پذیر است؟

با وجود این احتمالات و خطرات، به نظر می رسد که امکان تغییر مدار زمین، فعلا بسیار کم است. اما آیا به طور کلی این پروژه قابل اجرا است؟

راهوار در مصاحبه با پایگاه The Sun گفت: ما برای کاهش دمای موثر به چندین سیارک احتیاج داریم که از نزدیک زمین بگذرند. به عنوان مثال، برای کاهش دمای زمین مقدار یک درجه سانتیگراد، باید آن را حدود 150 هزار مایل از خورشید دور کنیم. نتیجه این کار، یک تابش خورشیدی ضعیف تر در آسمان و کاهش دمای زمین خواهد بود.

راهوار اعتراف می نماید که این فرایند ده ها سال طول خواهد کشید.

اما این پیشنهاد تا به امروز موجب بحث و جدل های فراوانی در میان دانشمندان شده است.

جاناتان مک داول دانشمند مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان می گوید: این پیشنهاد، خطر برخورد مستقیم یک سنگ فضایی به زمین را در خود دارد. وی می گوید: من در ریاضیاتِ این کار چندان دقیق نشده ام، اما بعضی از موارد، مبهم به نظر می رسند.

وی افزود: حتی اگر نتایج پیشنهادی را درست فرض کنید، آن ها به این معنا هستند که برای برطرف گرمایش زمین به این روش باید بادبان هایی به وسعت صد کیلومتر مربع را روی هر یک از حدود صد میلیون سیارک مورد احتیاج قرار دهید و یک قرن صبر کنید، آن هم در حالی که خطر قابل توجهی برای برخورد هر یک از این سیارک ها با زمین وجود دارد.

پروفسور براد گیبسون اخترفیزیکدان دانشگاه هال، این طرح را در شرایط کنونی تقریبا غیرممکن توصیف می نماید.

راهوار، اما می گوید: تمدن های پیشرفته آینده روی زمین قطعاً ظرفیت اجرای پروژه ای را که من پیشنهاد نموده ام، خواهند داشت.