Как уберечь планету от огня

Рано или поздно на нашей планете начнется потепление климата из-за расширяющегося Солнца. Астрофизик и футуролог Дэвид Брин предлагает задуматься о возможностях спасения Земли. Предлагаем перевод его статьи, опубликованной на портале ROOM

Фото: NASA
Фото: NASA
+T -
Поделиться:

Венера практически одного размера с Землей, и, скорее всего, раньше там тоже были океаны. Но орбита Венеры лежит ближе к Солнцу и никогда не проходила через пояс Златовласки, или зону благоприятного обитания. Планету быстро захлестнул парниковый эффект, который на месте океанов оставил пустыню, покрытую облаками серной кислоты, и атмосферу, состоящую почти полностью из углекислого газа. Такой же смертельный вираж ждет и Землю: нам предстоит либо самим насытить атмосферу парниковыми газами, либо просто подождать пару сотен миллионов лет, пока внутренняя кромка обитаемой зоны Солнца уйдет за орбиту нашей планеты.

Любой, кто смотрел «Дни радио» (Radio Days) Вуди Аллена, знает, что нам обещано 5 миллиардов лет на обитаемой планете. Пять миллиардов лет до того, как наша звезда — желтый карлик — оставит главную последовательность, необычайно расширится и поглотит Землю. Но задолго до этого постепенное увеличение температуры сделает нашу планету непригодной для жизни. Случится это, возможно, уже через 100 млн лет — примерно столько понадобилось млекопитающим, чтобы эволюционировать до нас с вами.

Наш мир скользит по самому краю пояса Златовласки. Поэтому даже небольшие объемы промышленных выбросов углекислого газа становятся проблемой. Чтобы наша атмосфера успевала охлаждаться, она должна быть практически абсолютно прозрачной. Считается, что любая планетная система с жидкой водой поддерживает так называемый баланс Геи, когда естественные цепочки удерживают содержание углекислого газа на уровне, при котором вода в морях остается в жидком состоянии. На такой близости к краю обитаемой зоны этот баланс регулируется крайне малыми объемами парниковых газов. Наш мир потихоньку выползает за пределы обитаемой зоны: не сопоставимо с изменениями, провоцируемыми человеческой деятельностью, но все же слишком быстро.

Уже сейчас обсуждается, что делать. Одни предлагают человечеству стать космическим странником и кочевать из одного мира в другой, наполняя Солнечную систему биением жизни: Марс, колонии на астероидах, межзвездное пространство. Как говорит Илон Маск, давайте разложим наши яйца по многим-многим корзинам.

И все же вам, как и мне, наверняка хочется проявить особую заботу о той единственной планете, которая до сих пор была к нам так добра и терпелива. Лично у меня к ней есть эмоциональная привязанность. Хотелось бы, чтобы она существовала подольше. Разве нельзя что-то сделать для нашего дома?

Давайте же поднимем Землю — переместим всю планету и отодвинем ее подальше от источника опасности!

Один из способов проделать такое — управлять астероидами.

Компания Planetary Resources и ряд других уже присматриваются к ресурсам космоса. Предположим, наши потомки воспользуются этим умением, чтобы заставлять тысячи астероидов проноситься мимо Земли, не задевая ее, но передавая нашей планете частичку импульса, чтобы постепенно корректировать ее орбиту и отдаляться от Солнца ровно на столько, чтобы отсрочить катастрофу.

Конечно, это могло бы сработать, но для этого потребуется заставить миллионы астероидов пронестись мимо Земли, тогда как им могло бы найтись куда более ценное применение. К тому же как можно быть уверенным в том, что одна из этих миллионов глыб, немного вильнув, не врежется в нашу планету?

Другой вариант — «гравитационный буксир». Уже есть концепции использования этого метода для изменения курса астероидов, несущихся по направлению к Земле. Берем массивный космический аппарат, запускаем его рядом с астероидом и держим в гравитационном поле астероида с помощью ионных двигателей. Так астероид будет следовать за космическим аппаратом. Отсюда идея: человек может «установить» астероид в один из пунктов Лагранжа на орбите Земли и отбуксировать ее.

Звучит невероятно? Возможно, стоит подробно рассмотреть, что потребуется, чтобы переместить планету. Рассмотрим затраты энергии, очень грубо. Предположим, нам надо расширять орбиту Земли на одну десятую астрономической единицы (0,1 а.е.) каждые сто миллионов (1 x 108) лет. Масса планеты составляет 6 x 1024 кг (6 триллионов триллионов кг). Скорость вращения по орбите вокруг Солнца — 29,5 км/сек. Чтобы оставить орбиту круговой, надо растянуть ее на 0,1 а.е. и в точке перигелия, и в афелии. Это потребует ускорения вращения вокруг Солнца примерно на 1,4 км/сек. Совершаемая работа будет равна 2,4 x 1032 Дж, или примерно миллиард триллионов триллионов джоулей.

Цифра буквально астрономическая, и она очевидно не достижима ни запуском астероидов мимо Земли, ни буксировкой с помощью ионных двигателей. Время может возместить недостаток силы, но в этом случае и того, и другого нужно очень много.

В первую очередь, времени. Чтобы маленькими толчками сдвинуть такую махину, как Земля, потребуются миллионы лет. Поколения, геологические эры. Жизни цивилизаций. Какой бы метод мы ни выбрали, он должен быть способен переживать перебои, паузы и даже смену биологических видов.

Чудо-тросы

Тут самое время вспомнить об электродинамических тросах. О них я писал в своем романе «Бытие». Джо Кэрролл как ведущий мировой специалист по ним отмечает, что, если проводящий трос запустить по орбите вокруг Земли, он стабилизируется по линии радиуса от центра планеты. Это называется гравитационной стабилизацией.

Поскольку трос сделан из проводящего материала, а орбита прорезает магнитное поле Земли, электродвижущая сила (ЭДС) или напряжение становится индуцированным по всей длине троса. Если найти способ сбрасывать электроны с одного конца, можно высасывать энергию из самого орбитального движения. Трос будет потихоньку опускаться, но мы получим достаточно энергии для орбитальной космической станции.

Теперь, скажем, у нас есть очень много энергии (термоядерная энергетическая установка или куча солнечных панелей) и мы решаем протолкнуть электроны через ЭДС, чтобы они выбрасывались с другой стороны (предполагая, что контур сможет замкнуться через ионосферу). Так мы вместо генератора получаем мотор. «Отталкиваясь» от магнитного поля Земли, электродинамический трос поднимается.

Космические лифты

Конечно, это сродни идее космического лифта: закрепленный на земном экваторе трос с противовесом за геостационарной орбитой. Новые карбоновые нанотрубки могут воплотить это в жизнь.

Попробуем совместить эти концепции и представить рассекающий магнитное поле электропроводящий космический лифт, который будет буксировать Землю и, возможно, сможет ее поднять. Как это ни прискорбно, все не так просто. Земля со своими 24-часовыми сутками вращается вокруг своей оси слишком быстро, чтобы можно было рассчитать толчки, чтобы эффект приходился не на вращение планеты вокруг своей оси, а на ее орбиту. Помните, наша задача — придать импульс орбите Земли, чтобы она отдалилась от Солнца? Но торчащий из планеты трос будет играть против ее магнитного поля, и тогда наша задача сродни идее приподнять самого себя за шнурки от ботинок.

Но что если установить космический лифт на обратной стороне Луны? В его функции входила бы доставка ресурсов с астероидов, возможно, отправка каких-то новых материалов, продуктов будущей лунной промышленности. Человечество пользовалось бы им, не особо вспоминая о том, что за этим стоит. К тому же, если бы он упал, не так уж велик ущерб. А если оторвется, трос просто улетит в космос.

Рассмотрим детали. У нас есть электродинамический трос, торчащий из Луны на расстоянии 60 земных радиусов от нашей планеты. Такой трос будет проходить уже через магнитное поле Солнца, а не Земли (за исключением одного неполного дня в месяц, когда Луна оказывается «в хвосте» Земли). С такой системой нашу планету можно буксировать относительно Солнца. К тому же движение Луны по орбите занимает месяц, так что рассчитать прокачку электронов гораздо легче. Ритмические толчки буксируют Луну, она пытается сдвинуться против сопротивления Земли, и Земля следует за ней!

Практическое воплощение

Это все теория, но что если рассмотреть конкретные цифры? Сразу сталкиваемся с проблемой масштабов: магнитное поле Земли очень сильное — 25 тыс. нанотесла на низкой околоземной орбите (НОО) в районе экватора — и мы уже поняли, что с этим саму планету не сдвинешь, разве что спутники. Между тем магнитное поле Солнца на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца составляет примерно 1 нанотесла.

Это частично компенсируется тем, что скорость вращения Земли вокруг Солнца в четыре раза превышает таковую у спутника на НОО. Складываем все вместе и получаем индуцированное напряжение в 200 В/км по всей длине троса. Если длина нашего троса на обратной стороне Луны, скажем, 50 тыс. км (непростая инженерная задачка) и если используется сверхпроводники, можно получить необходимую силу.

Для трюка с тросом необходимо наличие поблизости облака электронов, которые замкнут контур. На практике нашим потомкам для воплощения этой идеи, возможно, придется генерировать достаточную плотность электронов возле Луны, чтобы создать ей подобие ионосферы. Это серьезный вызов, как и потери на сопротивление и неэффективность закачки по всей орбите.

Возьмем довольно оптимистичную оценку эффективности в 25%, при которой за 100 млн лет мы получим преднамеренно круглое значение в 1X1033 Дж. Для этого потребуется средняя энергия в 3.2X1017 Вт на этот промежуток времени. Учитывая, что за это время будут периоды, когда трос будет простаивать, использоваться не по назначению или вообще не существовать, эту оценку надо умножить на три: получим необходимые 1018 Вт (миллиард ГВт).

На сегодняшний день энергопотребление человеческой цивилизации составляет примерно 20 ТВт (20 тыс. ГВт). Похоже, нашему подъемнику для Земли понадобится примерно в 50 тыс. раз больше генерирующих мощностей, чем все искусственные энергосистемы, используемые человечеством.

Заглядывая в будущее, если у нас будут солнечные панели с эффективностью в 40%, а интенсивность солнечного излучения будет оставаться примерно постоянной, понадобится 5,8 x1014 м2 солнечных панелей. Это в 1,1 раза больше общей площади земной поверхности.

Солнечный зонт

Давайте рассмотрим проект сопоставимого масштаба, легче реализуемый для такой примитивной цивилизации, как наша, но с другими недостатками.

Гигантский зонт, установленный немного в сторону Солнца от точки Лагранжа L1, на расстоянии примерно 1,5 х 109 от Земли с целью защиты от глобального потепления за счет уменьшения солнечного излучения, достигающего планеты. Такое приспособление могло бы остужать планету сопоставимо с 10-процентным расширением орбиты, просто задерживая около 17% солнечного света. Для этого нужен зонт диаметром 7000 км, чуть больше радиуса Земли.

Преимущество этого подхода — в меньшей площади поверхности и возможности обойтись без гигантского лунного троса. Недостатки — в том, что любую систему отбрасывания тени надо постоянно поддерживать. Как только зонт уходит с линии Земля — Солнце, нагрев возобновляется, и последствия могут быть катастрофическими, если быстро не исправить ситуацию.

Система подъема Земли с помощью лунного троса, напротив, может пережить любой подобный сбой, а охлаждающий эффект от расширения орбиты сохраняется.

Конечно, наши потомки могут воспользоваться каким-то сочетанием этих способов, а опыт, полученный при реализации одного из них, мог бы помочь при воплощении другого. Тень от зонта могла бы выиграть для человечества время, чтобы заняться более амбициозными и перспективными решениями.

Геоинжиниринг

Вопрос в том, поможет ли это решить наши сегодняшние проблемы с глобальным потеплением. Существует научная дисциплина, которая называется геоинжиниринг, но многие люди отказываются даже думать в этом направлении. Тем не менее почему бы и не поставить несколько предварительных опытов. И, конечно, наша задача №1 — прекратить наносить вред Земле нашими собственными действиями.

Большая часть того, что необходимо для предотвращения глобального потепления, — это действия, которые мы так или иначе должны предпринять. Повышение эффективности использования энергии не только экономит деньги, но и помогает сгладить рост содержания парниковых газов в атмосфере. Таким образом, речь идет о беспроигрышных инженерных проектах, которые заодно и помогут нам спасти планету.

Но эта статья о более далекой перспективе, которая предполагает, что когда-то мы станем достаточно взрослыми, чтобы оставить позади наши нынешние проблемы и начать задаваться действительно масштабными вопросами.

Итак, мы можем поднять орбиту планеты, не рискуя уничтожить ее пролетающими вблизи астероидами. Это можно сделать с помощью электропроводящего космического лифта на обратной стороне Луны.

Цивилизации рождаются и умирают. Бюджеты срезаются. Трос может порваться и улететь — тогда его заменят. На протяжении миллионов лет все, что нужно, — появление богатых цивилизаций, которые бы этим занимались, ведь солнечное тепло постоянно выталкивает нашу планету из обитаемого пояса Златовласки.

Слишком амбициозно? На сегодняшний день, возможно. Но никогда не рано начать думать — пусть даже в рамках научной фантастики, просто потому, что привычка смотреть далеко вперед и не забывать о нашей обязанности сохранить планету не помешает. Конечно, есть множество более непосредственных угроз безопасности Земли, и для них тоже необходимо искать решения. Но можно уже начать думать, что наши богатые и фантастически одаренные потомки смогут предпринять, чтобы сохранить наш маленький мир.

Статья публикуется в рамках совместного проекта «Сноба» и ROOM.