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Podemos usar um propulsor gigante para mudar a órbita da Terra?

O NEXIS Ion Thruster, nos Jet Propulsion Laboratories, é um protótipo de um propulsor de longo prazo que pode mover objetos de grande massa em escalas de tempo muito longas. Se tivéssemos tempo suficiente, um propulsor (ou uma série de propulsores) como esse poderia salvar a Terra de um impacto potencialmente perigoso. (Crédito: NASA/JPL)

• À medida que o sol aquece, empurrar a Terra para uma órbita mais distante pode ser a única maneira de impedir que nossos oceanos fervam.
• As energias necessárias são enormes e montar permanentemente um propulsor em um planeta em rotação apresenta enormes dificuldades.
• Mas se o gelo do Pólo Sul derreter, seria o local perfeito a longo prazo a partir do qual poderíamos mudar permanentemente a órbita da Terra.

Uma das propriedades mais estáveis ​​e imutáveis ​​da nossa história cósmica é a órbita da Terra. Nos últimos 4,5 bilhões de anos, o caminho orbital da Terra ao redor do Sol permaneceu praticamente inalterado, mesmo quando uma série de eventos fantásticos ocorreram: impactos gigantes, a formação de luas, a desaceleração contínua da rotação do nosso planeta e o surgimento da vida. . Mesmo levando em conta a influência gravitacional de todos os outros objetos em nosso sistema solar e galáxia, há mais de 99% de probabilidade de que a órbita da Terra continue a permanecer inalterada de forma apreciável.

A longo prazo, isso levará a uma catástrofe absoluta para todo o planeta. Mesmo o pior cenário para nossa atual batalha contra o aquecimento global, onde aumentos descontrolados nas concentrações de gases de efeito estufa causam um aumento severo da temperatura e o derretimento de todo o gelo polar da Terra, empalidece em comparação com o que o sol acabará por causar. Se nada mudar significativamente, a produção cada vez maior de energia do Sol irá evaporar todos os oceanos da Terra nos próximos 1 a 2 bilhões de anos, provavelmente matando toda a vida na Terra.

Existe alguma maneira de salvar a Terra desse destino? Migrar nosso planeta para um local diferente no sistema solar, alterando a órbita da Terra, pode ser nossa última esperança. Veja como um propulsor gigante no Pólo Sul pode acabar salvando todo o planeta.

Neste momento, o sol aparece como é por causa de sua temperatura, produção de energia e distância da Terra. À medida que sua produção de energia aumenta, devemos afastar a Terra ou o aumento da produção do sol fará os oceanos ferverem. ( Crédito : Domínio público)

O problema ambiental

Se você acha que o aquecimento global que estamos enfrentando atualmente é ruim, espere até saber o que o sol nos reserva. Hoje, a principal causa da mudança climática da Terra e do aumento das temperaturas não tem nada a ver com o sol, mas é impulsionada pelas mudanças atmosféricas causadas pela atividade humana desde o início da Revolução Industrial. Entre a adição de gases de efeito estufa à atmosfera (principalmente dióxido de carbono e metano) e mudanças impulsionadas por feedback nas concentrações de vapor de água a longo prazo, o orçamento de energia da Terra mudou drasticamente nos últimos 200 anos.

Assim como empilhar cobertores em cima de você quando está frio ajuda a reter melhor seu próprio calor interno antes que ele seja irradiado, adicionar gases de efeito estufa à nossa atmosfera ajuda a Terra a reter o calor. Como foi estabelecido há mais de 50 anos pelo novo Prêmio Nobel Syukuro Manabe, dobrando a concentração de CO_doisaumentaria a temperatura da Terra em 2 ° C (3,6 ° F) ou mais, com mudanças de cenário de pior caso levando ao derretimento de todo o gelo polar da Terra dentro de talvez alguns milhares de anos. Uma Terra sem gelo não seria sem precedentes, mas seria extraordinariamente ruim para os humanos na Terra.

Comparações das previsões de diferentes cenários de emissões de gases de efeito estufa e o aquecimento que eles induzirão até 2100. Observe que os cenários mais otimistas exigem um declínio significativo e rápido em nossas emissões de CO2: algo que não está se concretizando atualmente. ( Crédito : Relatórios IPCC AR6 e AR5)

Mas não será tão ruim quanto o que o sol fará gradualmente com o passar do tempo. Dentro do sol, a fusão nuclear ocorre apenas dentro do núcleo, onde as temperaturas excedem 4.000.000 K. No centro do núcleo, as temperaturas podem chegar a 15.000.000 K, com a taxa de reações de fusão aumentando rapidamente com a temperatura. Mas aqui está o problema com o passar do tempo:

1. o núcleo do sol converte quantidades apreciáveis ​​de hidrogênio em hélio
2. o hélio se acumula no núcleo interno, mas não pode se fundir mais no momento
3. o hélio concentrado leva à contração gravitacional e faz com que o interior do sol aqueça
4. a temperatura do núcleo interno e expande a região de 4.000.000 K e acima para uma extensão interna maior
5. Isso leva a um aumento gradual na taxa de fusão do sol, o que aumenta a produção geral de energia do sol

Com maiores quantidades de energia chegando à Terra, existem tantas defesas e mecanismos de feedback que nosso planeta tem à sua disposição. Quando as temperaturas médias globais subirem acima de 100 ° C (212 ° F), um cenário que provavelmente ocorrerá entre 1 a 2 bilhões de anos a partir de agora, nossos oceanos ferverão. Para todos os efeitos, isso marcará o fim inevitável da vida complexa na Terra.

Quanto mais distante estiver a sua distância de uma fonte de brilho, menor será o fluxo. O brilho tem uma relação inversa do quadrado com a distância, conforme ilustrado aqui. ( Crédito : E. Siegel/Além da Galáxia)

O problema da energia

Se não pudermos evitar que o sol aqueça, talvez migrar a Terra para mais longe do sol possa fornecer a solução definitiva. Existe uma relação simples e direta entre brilho e distância: toda vez que você dobra sua distância de uma fonte luminosa, o brilho que você experimenta é dividido em quatro. Esta é uma excelente notícia: se a produção de energia do sol aumentasse em 10%, você só teria que migrar a Terra mais 4,9% da distância do sol para manter a energia que recebemos constante.

Dado que a produção de energia do sol está aumentando atualmente em ~ 10% a cada bilhão de anos que passa, esse é um problema de longo prazo que teremos que resolver algum dia se quisermos que nosso planeta permaneça habitável. Mudar nossa órbita em alguns por cento pode não parecer uma tarefa particularmente importante. Afinal, a Terra orbita o sol em uma elipse, com nossa aproximação mais próxima do sol nos levando a 147,1 milhões de km (91,4 milhões de milhas) e nossa distância mais distante em 152,1 milhões de km (94,5 milhões de milhas). A diferença na radiação recebida é de cerca de 6,5%, o que significa que, se pudéssemos simplesmente substituir a órbita atual da Terra por uma que nos mantivesse constantemente à distância do afélio, evitaríamos que o orçamento de energia da Terra aumentasse por mais de 300 milhões de anos.

Embora a órbita da Terra sofra mudanças periódicas e oscilatórias em várias escalas de tempo, também há mudanças muito pequenas de longo prazo que se somam ao longo do tempo. Embora as mudanças na forma da órbita da Terra sejam grandes em comparação com essas mudanças de longo prazo, as últimas são cumulativas e, portanto, são importantes. (Crédito: NASA/JPL-Caltech)

Mas isso é mais do que uma tarefa importante – é astronomicamente difícil. A razão pela qual a Terra orbita o sol em sua localização atual é porque é onde nossa energia cinética, ou a energia do movimento da Terra ao redor do sol, equilibra a energia potencial gravitacional em nossa distância atual do sol. Se conseguíssemos roubar energia da Terra, perderíamos energia, fazendo-nos afundar em direção a uma órbita mais parecida com a de Vênus, mas com velocidades maiores. Da mesma forma, se quiséssemos subir para uma órbita mais parecida com a de Marte, precisaríamos bombear energia para a Terra, deixando-nos com uma velocidade líquida atualmente menor do que nossa velocidade ao redor do sol hoje.

O conceito não é difícil, mas as quantidades de energia envolvidas podem parecer um problema. Por exemplo, nos próximos 2 bilhões de anos, teremos que empurrar a distância média da Terra ao Sol de seu valor atual de 149,6 milhões de km (93 milhões de milhas) para 164 milhões de km (102 milhões de milhas) para manter a energia impactando nosso planeta constante. Mas lembre-se de que a Terra é incrivelmente massiva: cerca de 6 septilhões de quilos, ou 6 × 10²⁴kg. Para nos mover para uma órbita estável que fosse muito mais distante, teríamos que inserir um extra de 4,7 × 10³⁵joules de energia em nosso planeta: o equivalente a 500.000 vezes a energia acumulada gerada pela humanidade para todos os propósitos combinados, continuamente, por 2 bilhões de anos.

Os planetas se movem nas órbitas que fazem, de forma estável, devido à conservação do momento angular. No entanto, um impulso ou um impulso pode nos dar a tão desejada mudança que desejamos, permitindo-nos, afinal, migrar para a Terra. (Crédito: NASA/JPL/J. Giorgini)

Como um propulsor pode ajudar

E, no entanto, por mais alta que pareça, é possível. Há energia suficiente para coletarmos, vindo diretamente do próprio sol. Lembre-se, o sol emite radiação omnidirecional, onde, na atual distância Terra-Sol, cada metro quadrado de área recebe 1500 W de potência contínua, desde que nada bloqueie sua linha de visão para o sol. São 1.500 joules de energia a cada segundo, e temos dois bilhões de anos (ou cerca de 6 × 10¹⁶segundos) para:

• reunir essa energia
• convertê-lo em impulso
• use esse impulso para mudar o momento e a energia cinética da Terra

Reunir a energia é uma das partes mais difíceis deste problema. É aí que a ideia de uma matriz de coleta solar no espaço pode ajudar tremendamente. Pode levar uma matriz que é surpreendente 5 × 10^quinzemetros quadrados de tamanho, ou cerca da área de superfície de 10 Terras, para coletar a quantidade necessária de energia do sol. Mas essa energia está disponível. Mais importante, de um ponto de vista diferente, é apenas 0,000002% da energia do sol que precisamos aproveitar: uma quantidade grande, mas não impossível.

O conceito de energia solar baseada no espaço existe há muito tempo, mas ninguém jamais concebeu uma matriz com 5 bilhões de quilômetros quadrados de tamanho: a quantidade necessária para reunir energia suficiente para migrar a Terra para uma órbita suficientemente mais alta. ( Crédito : NASA)

A outra chave é usar essa energia efetivamente para elevar a órbita da Terra. Em termos físicos, a tarefa seria a mesma para qualquer massa em um campo gravitacional: temos que aplicar uma força externa durante um determinado período de tempo, criando um impulso que causa uma aceleração e altera o momento da massa. A mesma física que funciona para lançar um foguete no espaço funcionaria para lançar a Terra para uma órbita mais alta. Tudo o que você precisa fazer é aplicar um impulso que mude o momento da Terra em uma direção positiva e acabará nos afastando do sol.

Isso requer um propulsor: algum tipo de dispositivo onde a ação (aceleração da Terra) é equilibrada por uma reação igual e oposta (expulsão do combustível gasto) que você coloca em bom uso. Idealmente, você sempre apontaria seu propulsor para empurrar a Terra para a frente na direção em que já está se movendo. No entanto, isso é muito difícil de gerenciar em um planeta em rotação rápida e contínua. Em vez disso, uma estratégia superior seria disparar seu propulsor de aceleração do planeta continuamente, supondo que você pudesse coletar, controlar, transportar e converter essa energia em trabalho utilizável.

À medida que a Terra gira em seu eixo, qualquer força que exerçamos na superfície alteraria significativamente a rotação do nosso planeta. Existem apenas dois locais que não seriam: os pólos norte e sul. Dado que o pólo norte está sobre o oceano e o pólo sul está sobre a terra, escolher o pólo sul é uma decisão óbvia. (Crédito: Organização Meteorológica Mundial)

Por que o Pólo Sul?

Essa é literalmente a razão pela qual você escolheria o Pólo Sul! Quando todo o gelo derreter na superfície da Terra, o continente da Antártida será exposto. Embora esteja atualmente sob uma enorme camada de gelo, há uma vasta massa de terra que se eleva muito acima do oceano; se removêssemos todo o gelo da Antártida hoje, o Pólo Sul ficaria a aproximadamente 9.000 pés (quase 3.000 metros) acima do nível do mar. Instale seu enorme propulsor lá e acione-o continuamente, e um tremendo número de coisas positivas começará a acontecer:

1. A Terra começa a acelerar e será impulsionada para uma órbita mais alta.
2. Todo o empuxo será utilizado; nada disso será desperdiçado contrariando a direção atual do movimento da Terra.
3. A Terra será levantada do atual plano Terra-Sol, mas apenas ligeiramente. Após 2 bilhões de anos de empuxo, estaremos orbitando apenas alguns graus fora do nosso plano atual.

Mas o mais importante, à medida que aumentamos nossa energia cinética por meio de impulsos contínuos, ajuda a nos tirar do potencial gravitacional do Sol. Isso nos levaria a uma distância orbital maior e nos permitiria diminuir lentamente o fluxo de radiação solar que atinge nosso planeta.

Hoje na Terra, a água do oceano só ferve, normalmente, quando lava ou algum outro material superaquecido entra nela. Mas em um futuro distante, a energia do Sol será suficiente para isso, e em escala global. ( Crédito : Jennifer Williams/flickr)

À medida que milhares e milhões de anos passam, teremos que começar a lutar contra a deriva continental. Desde que o propulsor seja reposicionado periodicamente para que fique no pólo sul e aponte diretamente ao longo do eixo de rotação da Terra, não teremos que nos preocupar em alterar a inclinação axial da Terra de maneira catastrófica. Esta é uma grande preocupação porque a quantidade total de energia cinética rotacional que nosso planeta tem é de apenas 2 × 10²⁹joules, ou menos de um milionésimo da energia que precisamos transferir para a Terra para nos impulsionar a uma órbita mais alta. Somente empurrando em linha com nossa rotação axial eliminaremos o risco de atrapalhar nossa rotação planetária.

Quando você pensa sobre isso, realmente seria o feito máximo da geoengenharia. Não estamos falando de mudar a Terra por meio de processos químicos ou de feedback, mas sim por pura força bruta. Ao longo de longas escalas de tempo, as chuvas de meteoros que experimentamos mudarão, à medida que nossa órbita em mudança nos move para fora do caminho de certos objetos de longo período e para os caminhos de outros. Mas com os desenvolvimentos tecnológicos certos e o investimento de recursos, poderíamos alcançar nosso objetivo final de diminuir a quantidade de radiação solar que atinge nosso planeta e impedir que os oceanos fervam devido à produção cada vez maior de energia do nosso sol.

À medida que o Sol se torna uma verdadeira gigante vermelha, a própria Terra pode ser engolida ou engolida, mas definitivamente será assada como nunca antes. No entanto, se pudermos migrar a Terra para longe do sol antes disso, não apenas poderíamos evitar ser consumidos, mas a vida em nosso planeta poderia prosperar por bilhões de anos adicionais do que se simplesmente não fizéssemos nada. ( Crédito : Wikimedia Commons/Fsgregs)

É importante lembrar que existem algumas mudanças de longo prazo que acontecerão em nosso planeta, independentemente da atividade humana. O sol queimará seu combustível, seu núcleo crescerá e aquecerá e sua produção geral de energia aumentará. Isso, por sua vez, aumentará a quantidade de radiação que atinge a Terra. Essas mudanças serão extremamente lentas, mas a vida útil de estrelas como o nosso Sol é longa: já estamos recebendo cerca de 30% a mais de energia do que há cerca de quatro bilhões de anos, e isso continuará a aumentar cerca de 10% a cada bilhões de anos subsequentes.

Não podemos impedir nosso sol de ficar sem combustível de hidrogênio e, eventualmente, entrar no estágio de gigante vermelha de sua vida, mas poderíamos comprar alguns bilhões de anos extras para a vida em nosso planeta migrando a Terra para longe do sol. Seria o maior projeto realizado em toda a história do nosso mundo – talvez em toda a história do universo, pelo que sabemos. Isso realmente mostraria o poder de nossa espécie, se escolhêssemos usá-lo. O sol vai ferver os oceanos da Terra e acabar com a vida em nosso planeta, se não fizermos nada, em apenas 1 a 2 bilhões de anos. Mas se desenvolvermos e implementarmos a tecnologia certa, um propulsor do Pólo Sul pode ser literalmente a única coisa, depois que o gelo derreter, que realmente salvará nosso planeta.

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