Если оставить в стороне тот факт, что это была бы очень плохая идея и что существуют гораздо менее энергоемкие способы терраформирования поверхности планеты, самый энергоэффективный способ сделать это, который я могу придумать, — это использовать объекты Облака Оорта.

Это занимает очень мало$\Delta V$заставить объект облака Оорта нырнуть к Солнцу. На самом деле, это источник большинства комет. Общая масса там, по крайней мере, равна нескольким Землям. Каждый объект будет отправлен по траектории, чтобы приблизиться к Марсу на задней стороне. Объект будет выброшен за пределы Солнечной системы, и Марс немного замедлится. Повторение.

Возможно повторное использование объекта. Облет Юпитера может вернуть ускользающий объект обратно на солнечную орбиту, чтобы вернуться на Марс для еще одного буксира. Если бы вы могли вращать такой объект, вы бы сделали насос, который перекачивает энергию и угловой момент с Марса на Юпитер. Не беспокойтесь слишком сильно об изменении орбиты Юпитера — это мало что изменит. 1/3000 от изменения орбиты Марса.

Более полезным применением этого подхода было бы повышение орбиты Земли, чтобы она оставалась пригодной для жизни, поскольку выход энергии Солнца увеличивается в течение следующих нескольких миллиардов лет. Другими словами, сохраняя Землю терраформированной. Так что сделайте вышеописанное на ведущей стороне Земли, чтобы ускорить его.

Учитывая очень длительный временной масштаб увеличения солнечной энергии, это может быть жизнеспособным подходом. Что-то вроде самовоспроизводящихся транспортных средств, использующих материалы в облаке Оорта и работающих на термоядерных реакторах, могло бы сделать это несколько доступным. Опять же на больших временных масштабах. В основном я беспокоился бы об исчерпании материала облака Оорта, если бы вы не могли использовать его повторно. Хотя тогда вы могли бы начать совершать набеги на облака Оорта других ближайших звезд. Тогда у нас будут войны с высоким потенциалом, энергией и массой с цивилизациями в других звездных системах, которые хотят сделать то же самое...

Переустройство безжизненных скалистых планет может упростить терраформирование и транспортировку.

Нет, не может быть, потому что количество энергии, которое потребуется для этого, настолько смехотворно гигантское, что терраформирование планеты — очень легкая работа по сравнению с ней.

Кинетическая энергия тела, движущегося по орбите , равна$\epsilon_k = G\cdot \frac{m\cdot M}{2\cdot r}$куда$G$гравитационная постоянная ,$m$масса вращающейся планеты,$M$масса тела, вокруг которого оно вращается, и$r$большая полуось или среднее расстояние между основным фокусом эллипса и вращающимся телом. Минимальная энергия, необходимая для перемещения между двумя орбитами, равна разнице двух орбитальных энергий. Для Марса, движущегося с его текущей орбиты на орбиту Земли, это выходит (если я правильно рассчитал) в$-9.98 \cdot 10^{31}\rm J$( Джоуль ). Это полная кинетическая энергия, которую необходимо убрать с орбиты Марса, чтобы он начал движение по орбите на среднем расстоянии Земли от Солнца.

Это примерно вся энергия, вырабатываемая Солнцем за три дня !

Если бы вы могли использовать столько энергии, терраформирование планеты было бы чем-то, что вы бы дали детям в качестве домашнего задания (ну, может быть, курсовой проект). И, конечно же, о транспорте вы бы даже не подумали.

Конечно, если вы действительно хотите придумать сложный сценарий научной фантастики, в котором планеты перемещаются между орбитами, приведенная выше оценка также может дать вам представление о методах и временных масштабах. Скажем, найти способ откачивать 0,01% солнечной энергии и использовать ее для перемещения планет в течение 80 лет.

Давайте посмотрим, что потребуется, чтобы переместить Марс на околоземную орбиту. Это не красивая картинка.

Наиболее эффективным способом перехода с одной орбиты на другую является переход Хомана. Мы применим дельта-V к Марсу, чтобы замедлить его, и поместим планету на эллиптическую переходную орбиту, которая пересекает орбиту Земли, а затем еще одну дельта-V, как только Марс достигнет перигелия. Если предположить, что Марс вращается по кругу на расстоянии 1,524 а.е., ретроградная дельта-V со скоростью 2,65 км/с поместит Марс на этот переходный эллипс. Через полвитка другой ретроградный дельта-V, на этот раз со скоростью 2,94 км/с, выведет Марс на круговую орбиту в 1 а.е. Без проблем! Все, что нам нужно сделать, это изменить скорость Марса на 2,65 км/с, а затем на 2,94 км/с, или общее дельта-V 5,59 км/с, и вуаля! у нас есть Марс, вращающийся на расстоянии 1 а.е.

Это огромная проблема. Эти два мгновенных изменения скорости представляют огромное количество энергии и еще более огромное количество импульса. Обратите внимание, что это значительно меньше энергии, чем ответ Майкла Боргвардта. Масса Марса* ((2,65 км/с) ^2/2 + (2,94 км/с) ^2/2 ) составляет около 5*10 ³⁰ джоулей, а не 10 ³² джоулей.

Однако это только часть всей необходимой энергии. Единственный известный нам способ заставить объект в пространстве двигаться в каком-то направлении — это выбросить некоторую массу из объекта в противоположном направлении. Только крошечная часть энергии, которая идет на ускорение выброшенной массы, ускоряет ракету (или, в данном случае, планету).

Предположим, мы могли бы выбрасывать с Марса материал весом в (небольшую) гору (10 ¹² кг) со скоростью 99% скорости света каждый божий день. Это не способ заставить Марс следовать за переходом Гомана на орбиту Земли. Потребуются столетия, чтобы создать дельту V в 2,65 км/с, необходимую для первого этапа перехода. Перенос Хомана невозможен при перемещении планет.

Выбрасывание 10 ¹² кг в день с Марса при температуре 0,99° С обеспечивает очень медленный перенос. Потребуется более 47 столетий, чтобы переместить Марс с его нынешней орбиты на орбиту Земли. Количество энергии, затраченной в процессе только выброса массы, составляет 10 ³⁶ Дж. Почти вся энергия уходит в этот выхлопной поток. Только крошечная часть идет на движущийся Марс. В процессе мы выбросим с Марса более 10 ¹⁸ килограммов массы. Обратите внимание, что 10 ¹² кг в день примерно на 1,5 порядка больше, чем скорость добычи угля и железа из земли.

Добывать гору материала в день и отправлять его в космос со скоростью 99% скорости света: мы не можем этого сделать. Это даже не близко. Может быть, через 47 веков мы сможем это сделать. Лучше подождать.

Это невозможно! По крайней мере, если вы хотите обеспечить безопасность Земли на ее орбите. И хотя мне нравятся некоторые предложения, ранее упомянутые здесь, потому что играть в небесную игру в бильярд, безусловно, весело, они по своей сути невозможны из-за временного масштаба, в котором должны быть применены все эти орбитальные изменения. Так что забудьте о переносе Хомана в планетарном масштабе или о медленном уменьшении орбитальной скорости планеты из-за того, что другие массивные тела проносятся мимо нее или даже в нее. К тому времени, когда вы достаточно уменьшите его орбитальную скорость, чтобы он приблизился к орбитальной высоте Земли, ну, он уже находится в своей собственной сфере влияния, и начинается ад.

Также забудьте о квантовом фокусе-покусе и сверхсветовой скорости. Что бы вы ни делали, чтобы временно переместить целую планету из сферы пространства-времени и общей теории относительности, чтобы позже направить/телепортировать/деформировать ее в другое место, вы также лишились возможности управлять ее импульсом вместе с ней, поэтому однажды (может быть, мгновенно?) вы бы призвали эту планету в другую орбитальную позицию и обратно в физическую реальность, какой мы ее знаем, ей был бы придан точно такой же импульс, как и всегда, поэтому в случае перемещения Марса в положение L _{3 Земли}, вы получите только то, что у Марса будет очень эллиптическая орбита с точно такой же большой полуосью, как и всегда, только с гораздо большим эксцентриситетом, который заставит его пересечь собственный орбитальный путь Земли. При наличии достаточного времени, скажем, нескольких витков, это тоже не закончится хорошо.

Небесная механика сложна! И это имеет очень мало общего с тем, как мы думаем о траекториях и орбитах небольших космических аппаратов с пренебрежимо малой массой по отношению к небесным телам, вокруг которых они движутся. Управлять орбитами планет почти невозможно, и причина этого в том, что все массивные тела звездной системы находятся в полуустойчивом равновесии, потому что они эволюционировали в упорядоченное состояние из изначального хаоса коллапсирующих туманностей. Достаточно нарушить это равновесие, и вы запустите цепную реакцию с непредвиденными последствиями. И перемещение целой планеты на более низкую орбиту подходит. Чтобы несколько продемонстрировать это, давайте рассмотрим эти два графика:

        ^{Графики предоставлены: Рену Малхотрой; Источник: Scientific American: Что произойдет, если Земля и Марс поменяются местами?}

Их подписи неверны, и они показывают орбитальную высоту Меркурия, Венеры, Земли и Марса, а также графики перигелия, афелия и большой полуоси этих планет, а не всех официальных планет нашей Солнечной системы от Меркурия до Нептуна. Но неважно, важно то, что нынешнее внутреннее устройство Солнечной системы кажется стабильным, но если мы просто поменяем местами орбиты Марса и Земли (даже не переместим Марс на одну орбиту с Землей), вся система дестабилизируется. Примерно через 10 миллионов лет Меркурий пересечет Венеру и Венеру-Марс, и невозможно сказать, что произойдет. Не поменяются ли они орбитами , как предполагалось, что это сделали Уран и Нептун четыре миллиарда лет назад? Столкновение? Никто не знает, потому что теория возмущенийметоды, которые позволяют нам решать эти проблемы, по своей сути неточны, когда в игру вступают другие факторы, помимо тех, которые учитываются.

Так что же не так со всеми текущими предложениями? Что ж, все они чрезмерно упрощают всю систему и не имеют дело со всеми промежуточными состояниями между начальным состоянием А и конечным состоянием В, а просто предполагают, какое изменение кинетической энергии требуется и как этого можно достичь. А с предложениями FTL, наоборот. И это нормально, потому что на самом деле решения вашего вопроса все равно нет.

Теоретически я могу придумать несколько конечных состояний для Марса, чтобы он вращался на том же или близком расстоянии от Солнца, что и Земля, например, когда Марс находится в оппозиции к Земле, чтобы они были со-орбитальными с Марсом примерно там, где L ₃ был бы если бы там не было Марса, или перевод Марса на орбиту с наклонением 90° или 270°, которая пересекает орбиту Земли в оппозиции, или даже наклонение орбиты Марса на 180° к ретроградной орбите и понижение его орбиты, параллельной земной, но не точно в той же высоту, и пусть они меняют высоту каждый раз, когда они приближаются друг к другу (подковообразная орбита). И эти орбиты даже могут быть стабильными в течение относительно длительного времени. Если бы... Если бы не было других небожителей, и вдруг появилось бы два небожителя там, где раньше был только один,

Так что, даже если предположить, что мы сможем решить вопрос о том , на какую орбиту поместить другое небесное тело, чтобы оно находилось на том же расстоянии от Солнца, что и Земля , мы в конечном итоге дестабилизируем всю внутреннюю Солнечную систему и возвращаем ее в хаос с каждым разом. небесная борьба за свое место вокруг Солнца. Меркурий и Венера резко изменят эксцентриситет, при этом в конечном итоге они могут либо упасть на Солнце, либо столкнуться с одним из трех других небесных тел внутри Солнечной системы, поменявшись орбитами, либо полностью вылететь из внутренней части Солнечной системы. Объекты главного пояса также дестабилизируют орбиты, и вся Солнечная система вернется в годы поздней тяжелой бомбардировки. Каким будет конечный результат и как это повлияет на внешнюю Солнечную систему? Никто не знает. Но одно можно сказать наверняка. Нет никакого удобного способа сделать это.

Что бы это ни стоило, обмен орбитами Земли и Марса потребовал бы гораздо меньшего изменения орбитальной энергии, если бы вы могли увеличить эксцентриситет Марса до точки пересечения с Землей в нужное время, чтобы они обменялись орбитами и не столкнулись в процессе. . Я не делал расчетов, но я бы сказал, что это должно быть около 20-30% от требуемой энергии, предложенной ранее. О, и согласно моим расчетам, математика Майкла Боргвардта о том, какое изменение кинетической энергии потребуется, кажется ближе к$\approx -1.6\cdot 10^{32} \text{J}$что у меня получилось, но очень легко испортить преобразования единиц измерения, необходимые в процессе, поэтому я также не могу утверждать, что это правильно. ;)

В рамках известной физики

На ум приходят три смутно правдоподобных метода изменения орбиты планеты без нарушения общепринятых законов физики:

1. прямое приложение тяги
2. Последовательные близкие проходы серии массивных объектов
3. целенаправленные солнечные вспышки

Прямое приложение тяги будет невероятно разрушительным — либо из-за удара, либо из-за изменения инсоляции.

Воздействие как прямое приложение силы практично в масштабе времени общества, но не в масштабе времени отдельного человека. Для этого потребуются незначительные изменения многих кометных/астероидных тел на пересекающихся орбитах с заблаговременностью от одного до двух десятилетий для каждого. Помните, небольшое возмущение может привести к значительному изменению положения в течение длительного времени. Важные элементы проекта требуют обеспечения того, чтобы окончательный удар пришелся на правильное положение — задняя (ретроградная) сторона Венеры, чтобы ускорить ее, или обращенная (прямая) сторона Марса. (Вспоминая сокращение WWIVnet частушки Нивена: Вращение, назад, назад, во вращение. Ускорение, чтобы вращаться, вы уходите. Чтобы вернуться, двигайтесь внутрь.) Проблема в том, что это потребует тысяч ударов, каждый из которых нужно было бы изменить орбитальную скорость в том же направлении, в масштабе пары столетий, чтобы иметь какой-либо заметный эффект. Мы только сейчас подошли к технологической точке, где это возможно, но, скорее всего, это никогда не станет практичным.

Использование измененной инсоляции может привести к изменению атмосферных потерь таким образом, что возникнет очень медленное, но постоянное ускорение. Световое давление само по себе уже является известным фактором орбитальной механики; массив зеркал будет ускорен, поэтому потребуется какое-то собственное ускорение. Возможно, больший парусный массив. Временная шкала, опять же, века. Масса огромна - сравнима с целым флотом. В случае с Венерой желаемый эффект прореживания также может быть полезен.

Перемещение массивных объектов по правильному пути возможно, но без привода, отличного от N-пространства, для их изменения требуется безумное количество энергии. Чтобы ускориться, вам нужно направить их достаточно близко к правильной стороне. Для Венеры это означает прохождение группы тел мимо обращенной к вращению стороны Венеры, и желательно, чтобы большинство из них делали это на исходящей части своего собственного пути. Для Марса вы хотите, чтобы они были на задней стороне и на входе. В идеале для Венеры они также должны двигаться прямо, а для Марса — ретроградно. Мелкие ошибки? Накопить новолуния. Недостаток в том, что для получения достаточной массы вы смотрите на движущиеся большие астероиды.

Теоретически возможно вызвать солнечные вспышки; это можно было бы использовать для повторяющегося давления в течение нескольких столетий. Побочные эффекты, однако, заключаются в том, что это, вероятно, будет рассматриваться как угроза уничтожения всего живого в системе.

Редактировать: Согласно Википедии, солнечный ветер генерирует от 1e-9 до 6e-9 нПа. Венера имеет площадь поперечного сечения около 1,15e14 м^2, массу около 4,87e24 кг, а общая сумма составляет около (3,5x1,15/4,8)e(-9+14-24) = 0,8e-19. нм/с^2 или 8e-26 м/с^2. Давление на Венере должно быть примерно в 2,7 раза сильнее... Потребуется 1 000 000 000 000 000 000 лет, чтобы достичь скорости 8 м/с. CME может быть в 1000 раз более энергичным и может добавить дополнительный от атмосферного нагрева... Теоретически это полезно, но на практике бесполезно. Если их спроектировать, можно также получить более глубокий результат, большую энергию и большую плотность частиц.

Просто за пределами современной физики

1. Гигантский варп-двигатель Алькубьерре-Уайт
2. Манипуляция гравитацией — если верить математике, гравитация — это сила, которой можно управлять.

Теоретически варп-двигатель Алькубьерре-Уайта можно использовать для перевода тела в положение «выход на орбиту». Неважно, генерирует ли он сверхсветовые псевдоскорости — важно лишь то, что он перемещает объект, изменяя топологию пространства. Без преобразований доктора Уайта математика указывала бы на безумно высокие потребности в энергии; даже при перемещении такого большого пузыря, вероятно, потребуется невероятно большое количество энергии.

Многие физики считают манипулирование гравитацией теоретически возможным. Если можно искусственно усилить или ослабить гравитационное притяжение, то можно использовать это для изменения орбит. Но процесс может оказаться на удивление запутанным. Вы двигаетесь с его уменьшением, затем переключаете его на усиление, чтобы ускорить приближение, затем снова поворачиваете его, чтобы уменьшить, когда вы проходите перигелий, чтобы увеличить общую орбитальную скорость. К сожалению, это также увеличивает эксцентриситет. Тщательное манипулирование процессом может изменить орбиту, но в процессе передачи он на самом деле станет ближе. На практике, однако, почти никто не готов признать, что он находится в пределах легкой досягаемости. Многие физики считают это невозможным, ссылаясь на то, что гравитация является фундаментальным свойством материи, а не силой, создаваемой материей; если это фундаментальный принцип,

Здесь есть еще одна проблема: ни один из подходов с ракетой не является безопасным, даже если бы вы могли их выполнить.

Дело в том, что ускорение будет небольшим. Это означает, что тело, которое вы двигаете, пройдет очень близко к Земле, пока его орбита будет округляться.

Можешь сказать "приливы"?

(И это при условии, что вообще возможно сделать орбиту круговой. Я ничуть не удивлюсь, если это невозможно из-за отклонения от пролета Земли.)