ایده جنجالی دانشمند ایرانی برای خنک کردن کره زمین / تغییر مدار زمین!
اقتصادنیوز: سهراب راهوار، اخترشناس و استاد فیزیک دانشگاه "صنعتی شریف" ایران، تصمیم گرفته تا چالش‌های یک سیاره در حال گرم شدن پیوسته و یک خورشید درخشان‌تر را بررسی کند.
"ایلان ماسک" مدیرعامل شرکت فضایی "اسپیس‌ایکس" به تازگی در توییتی اعلام کرد که انبساط خورشید منجر به انقراض کلی حیات در سیاره زمین می‌شود و زندگی میان‌سیاره‌ای را به یک ضرورت تبدیل می‌کند. وی این را در پاسخ به مقاله‌ای که در مورد انقراض جمعی ناشی از فعالیت‌های انسانی هشدار داده بود، گفت و بر ضرورت کار بر روی راهکارهایی برای نقل مکان از زمین تاکید کرد.
این در حالی است که ما که هنوز فناوری لازم برای زندگی در دنیاهای 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 گازهای گلخانه‌ای به طور قابل توجهی دما و الگوی آب و هوای سیاره ما را تغییر داده است. بر اساس 6 مجموعه داده بین‌المللی که توسط سازمان جهانی هواشناسی ادغام شده‌اند، سال 2021 در میان هفت سال گرم ثبت شده در تاریخ، یکی از گرم‌ترین‌ها و همچنین گرم‌ترین سال از سال 2015 تاکنون بوده است. ضمن اینکه سال‌های 2016، 2019 و 2020 نیز هر سه از سال‌های گرم دهه اخیر بوده‌اند.
یک رویداد قوی "ال‌نینو" که در سال 2016 رخ داد نیز به افزایش میانگین گرمایش جهانی کمک کرد.
"ال‌نینو" یکی از چرخه‌های مشهور آب و هوایی جهان است که هر دو تا هفت سال یک بار باعث ایجاد ناهنجاری‌های بزرگی در آب و هوای سراسر سیاره زمین می‌شود. از جمله این ناهنجاری‌ها می‌توان به سیلاب‌های ناگهانی، خشکسالی، قحطی و اپیدمی اشاره کرد. "ال‌نینو" به طور ساده عبارت است از یک رخداد اقلیمی کلان که در اثر رها شدن انرژی انباشته در بزرگترین حوزه اقیانوسی جهان یعنی جنوب اقیانوس آرام رخ می‌دهد. نشانه اولیه آن هم تغییر جهت جریان آب‌های سرد و گرم و همچنین بادهای این منطقه است.
دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای باعث افزایش قابل توجه دما و احتمالاً ذوب شدن بیشتر یخ‌های قطبی خواهد شد و همچنین نگرانی دیگری مبنی بر این وجود دارد که مقدار انرژی که به زمین می‌رسد در طول زمان به شکل بسیار آهسته در حال افزایش است. این افزایش در نهایت مشکلات شدیدی را برای زمین ایجاد می‌کند و باعث می‌شود روزی سیاره زمین به قدری داغ شود که اقیانوس‌های زمین به جوش بیایند!
در حال حاضر، سیاست‌هایی که برای جلوگیری از گرم شدن زمین وجود دارد، حول محور کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی و سرمایه‌گذاری در منابع سبزتر و پاک‌تر انرژی است. کارشناسان برخلاف وجود وعده‌های مختلف برای کاهش سرعت تغییرات آب و هوایی، معتقدند که "توافق پاریس" برای جلوگیری از افزایش متوسط دمای جهانی به بالاتر از 1.5 درجه سانتیگراد کافی نیست.
کارشناسان معتقدند که "توافق پاریس" برای جلوگیری از افزایش متوسط دمای جهانی به بالاتر از 1.5 درجه سانتیگراد کافی نیست.تغییر مدار زمین
اکنون "سهراب راهوار" اخترشناس و استاد فیزیک دانشگاه "صنعتی شریف" ایران، تصمیم گرفته تا چالش‌های یک سیاره در حال گرم شدن پیوسته و یک خورشید درخشان‌تر را بررسی کند. وی در مقاله‌ای که هنوز مورد بررسی همتا قرار نگرفته است، یک پیشنهادی برای کاهش دمای کره زمین ارائه کرده است. در مقاله "سهراب راهوار" آمده است که با استفاده از کمک گرانشی از سیارک‌ها می‌توانیم فاصله مداری زمین از خورشید را افزایش دهیم و سیاره زمین را به موقعیت خنک‌تری ببریم.
چیزی که ما به طور کلی فکر می‌کنیم می‌توانیم روی آن حساب کنیم، ثبات مدار زمین است. بر اساس یک مقاله علمی، طی 4.5 میلیارد سال گذشته، مسیر مداری زمین به دور خورشید حتی در مواجهه با برخورد شهاب‌سنگ‌های غول‌پیکر، شکل‌گیری قمرها و کاهش مداوم چرخش سیاره ما، عملاً بدون تغییر باقی 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 می‌تواند منجر به یک فاجعه در نهایت اجتناب ناپذیر برای کل سیاره شود.
مقاله پیش‌چاپ "راهوار"، عملیاتی را پیشنهاد می‌کند که از مکانیسم کمکِ گرانشیِ حرکت سیارک‌های نزدیک به زمین استفاده می‌کند. وی توضیح می‌دهد که مدار سیارک‌ها در کمربند سیارک‌ها را با استفاده از بادبان‌های خورشیدی و موتورهای پیشران برای هدایت آنها به سمت مدار مریخ دستکاری شود.
به گفته وی، اثر پراکندگی گرانشی، جایی که یک جرم بزرگ می‌تواند جسم کوچک‌تر را جابجا کند و در نتیجه نیرویی برابر و مخالف به خود بازگرداند، می‌تواند برای افزایش فاصله مداری زمین بکار گرفته شود که در نتیجه دمای زمین را خنک می‌کند.
به گفته وی، اثر پراکندگی گرانشی، جایی که یک جرم بزرگ می‌تواند جسم کوچک‌تر را جابجا کند و در نتیجه نیرویی برابر و مخالف به خود بازگرداند، می‌تواند برای افزایش فاصله مداری زمین بکار گرفته شود که در نتیجه دمای زمین را خنک می‌کند.
در حالی که این ایده یک ایده شگرف و هیجان‌انگیز به نظر می‌رسد، هدایت زمین به مداری دیگر تنها یکی از راه حل‌های 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 میزان جابجایی محاسبه کرده و امکان‌سنجی انجام این پروژه را بررسی کرده است. اما "کمک گرانشی" چیست و چگونه می‌توان آن را پیاده‌سازی کرد؟
"سهراب راهوار" پیشنهاد می‌کند که سیارک‌ها را با کمک گرانش جابجا کنیم. این موضوع اولین بار توسط "فردریش زاندر" و "یوری کوندراتیوک"، پیشگامان پرواز فضایی در مقالات خود که به ترتیب در سال‌های 1925 و 1938 منتشر شدند، پیشنهاد شد.
کمک گرانشی
مانور "کمک گرانشی"، تکنیکی است که در آن فضاپیما انرژی مداری و تکانه زاویه‌ای خود را با نزدیک شدن به یک جرم آسمانی تغییر می‌دهد و از گرانش آن به عنوان نیروی کمکی استفاده می‌کند. این کار منجر به کاهش زیادی در مصرف سوخت و زمان پرواز فضاپیما می‌شود.
این مانور اولین بار در سال 1959 توسط کاوشگر شوروی موسوم به "لونا 3" در ماموریتی برای عکاسی از نیمه پنهان ماه اجرا شد. از آن زمان، تعدادی از کاوشگرهای میان‌سیاره‌ای از جمله کاوشگرهای "وویجر"، "مارینر" یا "گالیلئو" نیز از این تکنیک استفاده کردند.
اغلب سیارک‌ها در منظومه شمسی مانند سیاره‌ها و با همان زاویه حرکت می‌کنند. تعداد زیادی از سیارک‌های نزدیک به ما در کمربند سیارکی، بین مدار مریخ و مشتری قرار دارند. برای داشتن برهمکنش گرانشی سیارک‌ها با زمین، فاصله مداری بین آنها و خورشید باید کاهش یابد. "راهوار" برای این کار، استفاده از بادبان‌های خورشیدی را پیشنهاد می‌کند. در روش پیشنهادی، سرعت مداری تعدادی از سیارک‌ها در کمربند سیارکی با استفاده از بادبان‌های خورشیدی کاهش می‌یابد تا عملی شبیه به عمل ترمز انجام شود و حرکت سیارک‌ها به مدارهای پایین‌تر کشیده شود.
یک فضاپیمای دارای بادبان خورشیدی، بادبان‌های بازتابنده عظیمی دارد که تکانه فوتون‌های نور خورشید را می‌گیرد و از آن تکانه برای هل دادن فضاپیما رو به جلو استفاده می‌کند. بادبان خورشیدی به سیارک‌های شناسایی شده متصل می‌شود و سرعت مداری سیارک‌ها را کاهش می‌دهد. نتیجه این کار نیز حرکت سیارک‌ها به سمت مدارهای پایین‌تر خواهد بود.
تئوری "راهوار" این است که وقتی این سیارک‌ها از زمین می‌گذرند، کشش گرانشی آنها به کشش جزئی زمین منجر می‌شود و آن را از مدار خود بیرون می‌کشد و در مدار جدیدی دورتر از خورشید قرار می‌دهد. این امر زمین را در موقعیت دورتری از خورشید قرار می‌دهد و در نتیجه دمای سطح زمین کاهش می‌یابد.
تئوری "راهوار" این است که وقتی این سیارک‌ها از زمین می‌گذرند، کشش گرانشی آنها به کشش جزئی زمین منجر می‌شود و آن را از مدار خود بیرون می‌کشد و در مدار جدیدی دورتر از خورشید قرار می‌دهد. این امر زمین را در موقعیت دورتری از خورشید قرار می‌دهد و در نتیجه دمای سطح زمین کاهش می‌یابد.
برنامه‌ریزی برای تغییر مدار زمین از دهه‌ها پیش آغاز شد
در سال 2001، گروهی از ستاره‌شناسان و مهندسان در مرکز تحقیقات "ایمز" ناسا در کالیفرنیا به این ایده اشاره کردند که می‌توان شش میلیارد سال دیگر به عمر سیاره زمین اضافه کرد و عمر آن را با انتقال آن به نقطه‌ای خنک‌تر دو برابر کرد.
ایده آنها نیز مانند "سهراب راهوار" استفاده از همین تکنیک منحرف کردن سیارک‌ها یا دنباله‌دارهایی است که به سمت زمین می‌آیند. دکتر "گرگوری لافلین" استاد نجوم دانشگاه "ییل" و همکارانش "دان کوریکانسکی" و "فرد آدامز" طرحی را ارائه کردند که شامل هدایت دقیق یک دنباله‌دار یا سیارک به گونه‌ای است که از کنار سیاره ما عبور کند و مقداری انرژی گرانشی خود را به زمین منتقل کند. "لافلین" در مصاحبه‌ای با "گاردین" گفت: در نتیجه سرعت مداری زمین افزایش می‌یابد و ما به مدار بالاتری دور از خورشید حرکت می‌کنیم.
وی افزود: پس از عبور از کنار زمین، این دنباله‌دار به گونه‌ای هدایت می‌شود که از نزدیکی مشتری یا زحل بگذرد، جایی که این روند به شکل معکوس رخ می‌دهد و دنباله‌دار از این سیارات انرژی گرانشی می‌گیرد و مدارش آن را به زمین باز می‌گرداند و این روند همین‌طور تکرار می‌شود. تنها کاری که شما باید انجام دهید این است که یک موشک شیمیایی را به یک سیارک یا دنباله‌دار ببندید و آن را در زمان مناسب روشن کنید.
با این حال، این گروه به کم و کاستی‌های این طرح که می‌تواند عواقب شدیدی را در پی داشته باشد، اذعان داشت. هدایت یک سیارک یا دنباله‌دار به سمت زمین نیازمند محاسبات بسیار دقیق است. کوچکترین اشتباه محاسباتی در مدار می‌تواند 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 می‌کند و این خطر را نمی‌توان دست کم گرفت.
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 می‌کند و این خطر را نمی‌توان دست کم گرفت.
در سال 2019، مقاله‌ای که توسط "متئو سریوتی" مدرس مهندسی سیستم‌های فضایی در دانشگاه "گلاسکو" منتشر شد، طرحی مشابه برای انجام یک کمک گرانشی برای حرکت زمین به مداری دیگر پیشنهاد کرد. این روش با طراحی دقیق مسیر نشان می‌دهد که یک جرم کوچک را می‌توان از مدار خود خارج کرد و در نتیجه از کنار زمین عبور داد و سیاره زمین را جابجا کرد.
اگرچه این ایده جذاب به نظر می‌رسد، اما تخمین زده شده است که برای همگام شدن با انبساط خورشید، میلیون‌ها بار عبور سیارک از نزدیک زمین و کمک گرانشی مورد نیاز 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 می‌کند.
پرتاب زمین به مدار بالاتر نیاز به انرژی زیادی دارد. این مقاله پیشنهاد می‌کند که همان قوانین فیزیکی که برای پرتاب موشک به فضا کار می‌کنند، برای پرتاب زمین به مداری بالاتر نیز کار می‌کنند و باید نیروی رانشی لازم اعمال شود 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 می‌گیرد و محقان می‌گویند 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 ایده‌آل باید به گونه‌ای باشد که زمین را در جهتی که هم اکنون در حال حرکت است، جابجا کند. با این حال، مدیریت چنین چیزی در سیاره‌ای که به سرعت و به طور مداوم در حال چرخش است، بسیار دشوار خواهد بود.
نتیجه این خواهد بود که زمین شروع به شتاب گرفتن می‌کند و به مداری بالاتر می‌رود. همانطور که انرژی جنبشی از طریق رانش مداوم افزایش می‌یابد، به ما کمک می‌کند تا از تسلط گرانشی خورشید خارج شویم. این کار، ما را به فاصله مداری بیشتری می‌برد و ما را قادر می‌سازد به آرامی شار تابش خورشیدی را که به سیاره ما برخورد می‌کند، کاهش دهیم.
نگاه سیاست به تغییر مدار زمین
تغییر در مدار زمین حتی توسط سیاستمداران نیز پیشنهاد شده است، البته اغلب توسط کسانی که دانش یا درک علمی زیادی نداشته‌اند.
"لویی گومرت" نماینده جمهوری خواه تگزاس در جلسه استماع کنگره آمریکا در ژوئن 2021 که شخصی بی‌اعتنا به تغییرات آب و هوایی است و زمانی استدلال می‌کرد که گرم شدن کره زمین چیز خوبی است، زیرا به مردم اجازه می‌دهد گیاهان بیشتری بکارند! از یک مقام سازمان جنگل‌داری ایالات متحده پرسیده است که آیا سازمان آنها می‌تواند مدار ماه یا زمین را تغییر دهد تا اثرات تغییرات آب و هوایی ناشی از فعالیت‌های انسانی خنثی شود؟
"بریت شرینگهاوزن" اخترشناس سیاره‌ای در کالج "بلویت" با نگاهی به این موضوع، در یک مقاله نوشت: تعادل تابشی شامل تعادل میان انرژی دریافتی از پرتوهای خورشید و انرژی ساطع شده از زمین، کلید درک ما از تغییر دمای سیاره است.
وی همچنین معادله‌ای برای توصیف ارتباط بین دمای زمین، دمای خورشید، شعاع خورشید، فاصله زمین تا خورشید و سپیدایی یا آلبدوی زمین ابداع کرد که میزان انعکاس انرژی خورشیدی سیاره ما را اندازه می‌گیرد.
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 گازهای گلخانه‌ای کاهش دهید، در این صورت گزینه تغییر مدار سیاره باقی می‌ماند.
مشکل این است که با محاسبات "شارینگهاوزن"، این کار انرژی زیادی می‌گیرد، کاهش دما به میزان سه درجه سانتیگراد، ما را ملزم می‌کند که سیاره زمین را سه میلیون کیلومتر دیگر از خورشید دور کنیم. این کار حدود پنج ضرب در 10 به توان 1031 ژول انرژی می‌گیرد. این در حالی است که تولید برق جهانی سالیانه در زمین حدود 10 به توان 19 ژول است. یعنی فقط 0.0000000000002 درصد از آنچه نیاز است!
بنابراین"شارینگهاوزن" روش دیگری را پیشنهاد کرد؛ منفجر کردن یک بمب هسته‌ای در نزدیکی سیارک مورد نظر! وی می‌گوید: این کار اساساً بخشی از سیارک را تبخیر می‌کند و بخاری که در حال فرار است، مانند اگزوز موشک عمل می‌کند و سیارک را به سمت جلو می‌راند.
"گزا گیوک" مدیر نجوم در آسمان‌نمای "آدلر" در شیکاگو می‌گوید: اگرچه این کار می‌تواند مدار زمین را تغییر دهد، اما برای جابه‌جایی زمین تا فاصله مورد نیاز به یک میلیارد برابر بیشتر از انفجارهای هسته‌ای که تا به حال انجام داده‌ایم، نیاز 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 سیارک‌ها یا دنباله‌دارها از کنار زمین است.
"اتان سیگل" اخترفیزیکدان نویسنده این مقاله می‌گوید: مشکل اصلی برای جابجایی سیاره ما، مقیاس عظیم 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 می‌کند که برابر با یک چهارم مسافتی است که ما نیاز 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 جهانی را رقم خواهد زد.
وی افزود: استفاده از تمام جرم کمربند سیارکی، زمین را کمتر از 748 هزار کیلومتر از خورشید دور می‌کند که برابر با یک چهارم مسافتی است که ما نیاز 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 جهانی را رقم خواهد زد.
تغییر مدار زمین امکان پذیر است؟
با وجود این احتمالات و خطرات، به نظر می‌رسد که امکان تغییر مدار زمین، فعلا بسیار کم است. اما آیا به طور کلی این پروژه قابل اجرا است؟
"راهوار" در گفت‌وگو با پایگاه "The Sun" گفت: ما برای کاهش دمای موثر به چندین سیارک نیاز داریم که از نزدیک زمین بگذرند. به عنوان مثال، برای کاهش دمای زمین اندازه یک درجه سانتیگراد، باید آن را حدود 150 هزار مایل از خورشید دور کنیم. نتیجه این کار، یک تابش خورشیدی ضعیف‌تر در آسمان و کاهش دمای زمین خواهد بود.
"راهوار" اعتراف می‌کند که این روند دهها سال طول خواهد کشید.
اما این پیشنهاد تاکنون موجب بحث و جدل‌های فراوانی در میان دانشمندان شده است.
"جاناتان مک‌داول" دانشمند مرکز اخترفیزیک "هاروارد - اسمیتسونیان" می‌گوید: این پیشنهاد، خطر برخورد مستقیم یک سنگ فضایی به زمین را در خود دارد. وی می‌گوید: من در ریاضیاتِ این کار چندان دقیق نشده‌ام، اما برخی از موارد، مبهم به نظر می‌رسند.
وی افزود: حتی اگر نتایج پیشنهادی را درست فرض کنید، آنها به این معنا هستند که برای رفع گرمایش زمین به این روش باید بادبان‌هایی به وسعت صد کیلومتر مربع را روی هر یک از حدود صد میلیون سیارک مورد نیاز قرار دهید و یک قرن صبر کنید، آن هم در حالی که خطر قابل توجهی برای برخورد هر یک از این سیارک‌ها با زمین وجود دارد.
پروفسور "براد گیبسون" اخترفیزیکدان دانشگاه "هال"، این طرح را در شرایط کنونی تقریبا غیرممکن توصیف می‌کند.
"راهوار" اما می‌گوید: تمدن‌های پیشرفته آینده روی زمین قطعاً ظرفیت اجرای پروژه‌ای را که من پیشنهاد کرده‌ام، خواهند داشت.