Kategorie
Kosmologia

Przemieszczanie lodowych planetoid

Przemieszczanie lodowych planetoid

Kiedy przemierzamy pas planetoid w kierunku Jowisza, znajdujemy ciała niebieskie, które często zbudowane są z materiałów lotnych. Lodowe ciało wyparowałoby, gdyby dość długo krążyło w pobliżu orbity Ziemi, a inne materiały lotne, takie jak amoniak lub węglowodory, wyparowałyby z planetoid orbitujących blisko Marsa nawet w środku pasa głównego. Rozsądek każe nam zatem zakładać, że tendencja ta utrzymuje się w obszarach znajdujących się za Jowiszem i że zewnętrzne obszary Układu Słonecznego powinny zapełniać obiekty wielkości planetoid, składające się prawie w całości z zamarzniętych materiałów lotnych, takich jak woda, amoniak i lód metanowy. Gdy piszę te słowa, znamy tylko jedną planetoidę lodową, Chejrona, która krąży między Saturnem a Uranem, lecz jest ona dość pokaźnych rozmiarów (180 km średnicy), a zasadą w astronomii jest, że na jeden większy obiekt przypada wiele mniejszych. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że zewnętrzne obszary Układu Słonecznego kryją w sobie tysiące planetoid, których jeszcze nie zdążyliśmy odkryć, ponieważ świecą znacznie słabiej niż ciała w pasie głównym (jasność planetoidy widzianej z Ziemi jest odwrotnie proporcjonalna do czwartej potęgi jej odległości od Słońca). Co więcej, wiemy z całą pewnością, że niedaleko orbity Neptuna (obiegającego Słońce w odległości 31 j.a.) mieści się strefa, zwana pasem Kuipera, w której krążą miliony lodowych obiektów. Za nią znajduje się jeszcze rozleglej sza domena – obłok Oorta – rozciągająca się na obszarze większym niż rok świetlny (64 tysięcy j.a.) i zawierająca biliony zamarzniętych obiektów. Tam właśnie rodzą się komety.

Materiał lotny, z którego zbudowane są omawiane ciała, również może służyć jako paliwo. A zatem nadejdą zapewne czasy, kiedy lodowe obiekty, nawet o bardzo dużych rozmiarach, będą przemieszczane przez człowieka w obrębie całego Układu Słonecznego.

Pod koniec XXI wieku ludzka aktywność rozwinie się w wewnętrznych obszarach Układu Słonecznego – od wydobywania zasobów z planetoid i Księżyca po terraformowanie Marsa. Wiele rodzajów działalności będzie wymagało sprowadzenia dużych ilości materiałów lotnych, a najprostszym sposobem przemieszczania dużych ładunków w Układzie Słonecznym jest transportowanie ich w postaci planetoid. Ale po co sprowadzać je z zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego? Rzecz w tym, choć może to zabrzmieć dziwnie, że sprowadzenie planetoidy z rubieży naszego systemu planetarnego na Marsa jest prostsze niż z głównego pasa planetoid. Wynika to z praw mechaniki orbit, zgodnie z którymi obiekt bardziej oddalony od Słońca okrąża je wolniej niż obiekt znajdujący się bliżej. Ponieważ obiekt w zewnętrznych obszarach Układu Słonecznego porusza się wolniej, zmiana jego orbity z kołowej na eliptyczną wymaga mniejszej zmiany prędkości (AV). Co więcej, orbita obiektu nie musi się rozciągać od Marsa do zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego – wystarczy zakłócić jego orbitę w taki sposób, żeby przecięła drogę którejś z planet zewnętrznych, a asysta grawitacyjna zrobi resztę.

Tabela. Sprowadzanie planetoid z zewnętrznego Układu Słonecznego.

Wykres pokazuje wyniki takiej asysty. Widzimy, że przemieszczenie na Marsa planetoidy z kołowej orbity w odległości 25 jednostek astronomicznych od Słońca przy użyciu asysty grawitacyjnej Urana wymaga ΔV równej jedynie 0,3 km/s. Dostarczenie tej samej planetoidy na Marsa z pasa głównego, z orbity znajdującej się w odległości 2,7 jednostki astronomicznej od Słońca, wymaga ΔV równej 3 km/s.

Załóżmy, że mamy do czynienia z planetoidą złożoną z lodu amoniakowego o masie 10 miliardów ton, obiegającą Słońce w odległości 12 jednostek astronomicznych. Takie ciało w kształcie kuli miałoby obwód około 2,6 kilometra i zmiana jego orbity, tak by przecięła ona orbitę Saturna (gdzie mogłaby skorzystać z asysty grawitacyjnej w drodze na Marsa), wymagałaby ΔV równej 0,3 km/s. Przy użyciu ćwierci mocy z 5000 MW silników NTR, zasilanych przez reakcje rozszczepienia lub syntezy jądrowej, moglibyśmy rozgrzać część amoniaku do temperatury 1900°C (silniki NTR o mocy 5000 MW działające w temperaturze 2200°C były testowane już w latach sześćdziesiątych XX wieku) i osiągnąć prędkość wylotową gazów równą 4 km/s. Pozwoliłoby to skierować planetoidę na odpowiednią trajektorię, spalając przy tym jedynie 8% jej materii jako paliwa. Silnik musiałby pracować bezustannie przez co najmniej 10 lat, po czym upłynęłoby dodatkowe 20 lat, nim planetoida dotarłaby do celu. Gdyby obiekt ten został odpowiednio podzielony, mógłby wyparować przy wchodzeniu w atmosferę Marsa, uwalniając przy tym 10 TW-lat energii – wystarczająco dużo, by spowodować wyparowanie biliona ton wody (jezioro długości 140 km i głębokości 50 m). W dodatku amoniak uwolniony z pojedynczego obiektu spowodowałby podniesienie temperatury planety o około 3°C i stworzyłby skuteczną ochronę przed promieniowaniem ultrafioletowym. Wykonanie 40 podobnych misji podwoiłoby zawartość azotu w atmosferze Marsa, a gdyby odłamki planetoid były dostatecznie duże, moglibyśmy je wykorzystać do zderzeń z powierzchnią planety w miejscach, gdzie znajdują się bogate złoża azotanów, dzięki temu zdołalibyśmy uwolnić jeszcze większe ilości azotu do atmosfery. Wykonując jedną misję rocznie, w ciągu pół wieku moglibyśmy stworzyć na Marsie umiarkowany klimat i doprowadzić do wyparowania takich ilości wody, że pokryłaby ona całą powierzchnię planety metrową warstwą. Oczywiście, marsjańscy koloniści mogliby sprzeciwić się rozbijaniu wielkich odłamków planetoid na powierzchni ich planety, może nawet spalanie niewielkich fragmentów planetoidy w atmosferze planety wywołałoby głosy oburzenia. Gdyby rzeczywiście osadnicy zabronili kierowania planetoid na powierzchnię Marsa, moglibyśmy – korzystając z asyst grawitacyjnych Jowisza, Wenus i Marsa – sprowadzić je do wewnętrznego Układu Słonecznego, gdzie dzielilibyśmy je na kawałki i wykorzystywali w różnorodnych celach.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *