Dommedag og et par praktiske undvigelsesmanøvrer
KRONIK: Hvilke metoder kan vi gribe til for at redde vores planet fra undergang den dag, Solen brænder ud? Et bud er en gravitational slynge, skriver kronikøren fra Aarhus Universitet.

Dommedag har alle dage fascineret os. Her udtrykt af Michelangelo på vægge og loft i Det Sixtinske Kapel.

Dommedag har alle dage fascineret os. Her udtrykt af Michelangelo på vægge og loft i Det Sixtinske Kapel.

Dommedag er et begreb, som gennem tiderne har skræmt og fascineret utallige mennesker.

Forskellige religioner og livsanskuelser har dannet sig deres egne idéer om, hvad der mon sker ved »tidernes ende«, og mennesker har gennem årtusinder været fascinerede ved tanken om den totale ødelæggelse af verden, som vi kender den.

Nogen forbinder selvfølgelig Dommens Dag med den ventede belønning for deres gode opførsel, men formodentlig af samme grund som solskinshistorier ikke sælger aviser, er det ikke lige dét, dommedagsprædikanter oftest fokuserer på: Verdenskrige, atombomber, biologisk krigsførelse og især menneskeskabte klimaforandringer har til gengæld været meget i medierne i de sidste årtier.

Astronomiske katastrofer

Man kan i forbindelse med dommedagsbegrebet både have en selvforskyldt udslettelse af menneskeheden, men sagtens også forestille sig, at alting går under pga. faktorer, vi mennesker ikke kan kontrollere. Herunder kan nævnes klimakatastrofer som f.eks. istider eller voldsom geologisk aktivitet i form af jordskælv, vulkanudbrud og oversvømmelser.

Vi kan også blive offer for gamma ray bursts og supernovaeksplosioner i vores astronomiske omegn eller måske et meteornedslag af den type, man regner med udslettede dinosaurerne.

Vores allernærmeste astronomiske nabolag indeholder allerede en glimrende kandidat til at forårsage ødelæggelse. Vi bor som bekendt nær et meget stort fusionsanlæg - også kendt som Solen. Man kan med stor rimelighed stille spørgsmålene: Hvad vil der ske med Jorden, når Solen engang bliver til en rød kæmpestjerne? Er den totale udslettelse af vores planet virkelig uundgåelig? Og hvad med de levende organismer og vores eventuelle efterkommere i solsystemet?

At Solen VIL udvikle sig til en såkaldt rød kæmpestjerne er et velkendt astronomisk faktum. I det hele taget mener vi at have et ganske godt kendskab til stjerners udvikling og livsforløb.

Et vigtigt aspekt i overvejelserne om Jordens skæbne er naturligvis om, der stadig vil kunne findes liv på planeten, når Solen begynder at udvide sig og - mere afgørende - at udsende mere energi.

Truslen fra Solen

Vi ved altså, at Solen vil udvide sig og vi ved også, at dens radius tilsyneladende bliver større end Jordens nuværende baneradius. Så det ser umiddelbart temmelig sort ud.

Jordens bane er dog ikke fuldstændig statisk i et uforstyrret solsystem. Der viser sig at være to afgørende faktorer for Jordens placering.

Først og fremmest vil Solen begynde at tabe masse. I denne forbindelse er det vigtigt at betragte en bevaret størrelse i et system som f.eks. solsystemet - nemlig det såkaldte angulære moment af de forskellige planeter. Angulært moment er i bund og grund produktet af massen af et objekt, dets hastighed i en cirkelbane og afstanden til rotationsaksen.

Et eksempel på bevarelse af angulært moment kan være en skøjteløber, som begynder en pirouette med armene (og dermed en del masse) langt væk fra kroppen.

Som et eksempel på bevarelse af angulært moment kan bruges en skøjteløber. (Foto: Colourbox)

Når armene trækkes ind til kroppen, falder afstanden. Men fordi det angulære moment er bevaret MÅ en af de to andre størrelser vokse. Massen kan ikke umiddelbart stige, så derfor stiger hastigheden, og skøjteløberen snurrer pludselig meget hurtigere. Jordens hastighed afhænger bl.a. af Solens masse. Så der sker følgende: Solen taber masse. Jorden bevæger sig langsommere. Derfor må enten dens masse eller radius vokse. Det bliver selvfølgelig Jordbanens radius, der bliver større!

Denne udvikling foregår temmelig langsomt, når Solen først holder op med at fusionere brint i kernen og tabe masse fra den udvidede ydre zone. Solens egen udvidelse er til sammenligning en indledningsvis langsom proces, som efterhånden går hurtigere og hurtigere. Derfor vil den udvidede sol uanset Jordbanens udvidelse på et eller andet tidspunkt være meget tæt på Jordens bane. Man kan på dette tidspunkt regne med, at Solens egen rotation er fuldstændig stoppet (pga. magnetiske bremseprocesser inden i stjernen).

Jordens skæbne

Når vi er så vidt, vil Jorden udvise tidevandskræfter på Solens overflade; ligesom Månen gør det på Jorden. Fordi Solen ikke roterer, vil materialet, som Jorden trækker efter sig på Soloverfladen (analogien med Månen er, at den trækker i vandet på Jordoverfladen), forårsage en tilbagevirkende effekt på Jorden.

Jordens angulære moment vil i denne proces faktisk aftage. Det angulære moment er således ikke bevaret i denne proces, fordi der også tabes energi fra systemet. Yderligere vil Jorden miste angulært moment, når den kommer helt ind i Solen - her skyldes det simpel gnidning med materialet i Solens ydre (og meget fortyndede) lag.

De kombinerede effekter vil i konklusion først få Jordens bane til at udvide sig; men ikke hurtigt nok. Solens udvikling vil indhente Jordbanen, hvor tidevandseffekter og friktion ultimativt trækker Jorden ind i Solen.

Vi ved dermed, at Jorden efterhånden vil blive opslugt af Solen, hvis den ikke påvirkes udefra. Liv som sådan kan så evt. udvikle sig på Mars, når den beboelige zone flytter udad, eller måske blive bragt fra Jorden til Mars eller til måner omkring gasplaneterne. Det kan f.eks. ske vha. kometer med bakterieliv (den samme type frøsætning, som nogle mener indledte livets udvikling på Jorden).

Men hvis man nu sætter sig som mål at finde ud af, om Jordens livsformer kan undgå at gå til grunde i Solens kæmpestjernefase, er der groft set to muligheder:

Enten må Jorden som hele flyttes udad. Eller også må planeten efterlades og livet flytte til mere egnede dele af solsystemet eller galaksen.

Lad os for diskussionens skyld antage, at der på Jorden stadig findes mennesker, dyr og planter (nogenlunde som i dag) om et par milliarder år.

Ved første øjekast virker idéen om at flytte en hel planet temmelig vanvittig, så lad os i stedet se på migrationsidéen. Man vil altså blive nødt til at flytte i det mindste dele af Jordens befolkning til et bedre sted eller evt. et helt nyt solsystem.

Selve flytningen vil kræve, at vi også medbringer vand, mad, brændstof og naturligvis ilt. Det er i sig selv temmelig omfattende, og det vil kræve enorme mængder energi at flytte. I en interessant artikel om muligheden for at manipulere med planetbaner - Astronomical Engineering: A Strategy for Modifying Planetary Orbits - anslår Korycansky, Laughlin & Adams, at man i et optimistisk energibudget vil få brug for ca. 1029Joule. Det kan sammenlignes med de ca. 1020J.

Overslaget er formodentlig beregnet med udgangspunkt i vores nuværende viden om fysik; men der er stadig tale om en voldsomt krævende opgave. Og hvis man presser idéen om migration lidt mere kan man sagtens forestille sig de konflikter, der kan komme ud af prioriteringen af mennesker og ressourcer i den forbindelse

Den grundlæggende idé med en gravitationel slynge anvendes også i f.eks. rumfart til at 'høste' gravitationel energi ved tæt passage forbi en planet, som anvendes til at øge fartøjets hastighed uden brug af brændstof. Her ses Voyager 2 under opsendelse.(Foto: NASA/MSFC)

Lad os derfor overveje den anden mulighed - at flytte Jorden længere væk fra Solen.

Modificerede planetbaner

I deres artikel argumenterer Korycansky, Laughlin & Adams for den energimæssigt billigere (i forhold til migration) mulighed for at flytte Jorden længere udad vha. en såkaldt gravitationel slynge.

Den grundlæggende idé med en gravitationel slynge anvendes også i f.eks. rumfart til at 'høste' gravitationel energi ved tæt passage forbi en planet, som anvendes til at øge fartøjets hastighed uden brug af brændstof.

Ofte planlægges et rumfartøjs bane på en måde, som involverer en række planetpassager i det indre solsystem, før kursen endelig sættes mod det ønskede mål. Eksempelvis Cassini, Voyager og Pioneer har anvendt denne teknik.

På samme måde som man kan trække potentiel energi ud af en planet, kan man også tilføre energi til en planet. Hvis man forestiller sig et passende tungt objekt - som en komet eller asteroide, der passerer Jordbanen på den ønskede måde, kan Jorden flytte sig ud i større og større baner takket være den energi, der bliver tilført - og dermed det større angulære moment, Jorden får.

Ideelt kunne man flytte Jorden i samme hastighed, som Solen udvider sig, så vi holder en pæn gennemsnitlig temperatur under hele operationen.

Stor og tung opgave

Det er naturligvis ikke en specielt simpel opgave at modificere planetbaner. Lad os starte med at overveje, hvor vi kunne få et passende objekt fra. Det er heldigvis ikke nødvendigt at lede alt for langt væk efter den slags. Solsystemet ligger nemlig midt i Kuiperbæltet, som er et stort system af mindre og større sten eller isklumper. Den detroniserede planet Pluto er det største objekt og vejer 1305x1022 kg.

Et gennemsnits Kuiperbælte objekt vejer omkring en tusindedel af dette. Kuiperbæltet befinder sig i det endnu større omgivende system, Oort skyen, som også indeholder mange passende 'slyngeobjekter'. Det er dog nok mest realistisk at forestille sig et Kuiperbaneobjekt, som krydser Jordbanen med jævne mellemrum og afgiver energi.

Og her er et nyt problem. Hvis objektet afgiver energi, bliver dets egen bane mindre, og vi kan til sidst ikke bruge det til at modificere Jordens bane. I en idealiseret redningsmission kan man undvige dette problem ved at kræve energibevarelse og f.eks. forstille sig, at objektet trækker energien fra Jupiters bane. Altså: objektet bevarer netto sin egen bane energi og bruges samtidig til at hente energi fra Jupiter til Jorden.

Og faktisk kan denne type manipulation med planeter sagtens lade sig gøre i teorien. Med princippet om energibevarelse og lidt viden om tyngdepotentialer og relative hastigheder af de involverede objekter kan man forholdsvis simpelt regne sig frem til, hvor meget energi der kan overføres til Jordens bane for hver passage.

Det viser sig imidlertid, at energibevarelse ikke er helt nok til at få planen til at fungere. Da det angulære moment ikke er konstant - fordi afstanden fra Solen til Jupiter (dvs. afstanden til rotationsaksen) er ca. 5 gange så stor som afstanden fra Jorden til Solen - ændres objektets baneform.

Men dette problem kan også overkommes ved at tilføje en passage af Saturn eller et andet passende objekt. Med denne modifikation kan objektet bruges mange gange til lige så stille at flytte Jordens bane mens Solen nærmer sig sit røde kæmpe stadie.

Inden man går i gang bør man tænke over, at planetbanemodifikation nok har vidtrækkende konsekvenser for resten af solsystemet (Foto: NASA)

Korycansky, Laughlin & Adams kan altså konkludere, at man faktisk kan flytte Jorden på en måde, så den nuværende tilstrømning af energi fra Solen opretholdes. Der kræves en passage omtrent hver 6000 år.

Problemerne hober sig op

Men denne snedige plan er selvfølgelig ikke 100 % uproblematisk... Selv hvis man forestiller sig, det var lykkedes at manipulere et Kuiperbælteobjekt ind i en passende bane omkring Solen.

For det første kræver idéen en virkelig præcis opstilling af de involverede planeter. Man må med andre ord time passagerne vældig omhyggeligt eller overveje endnu mere komplicerede planer for at få de nødvendige passager på de rigtige tidspunkter. Det er altså teknisk mere vanskeligt end et hurtigt overslag giver udtryk for.

Al denne planetbanemodifikation har muligvis også mere vidtrækkende konsekvenser for resten af solsystemet. Man kan i første omgang notere sig, at Jupiters bane må blive mindre, idet vi trækker energien derfra. Og hvordan Jordens passage udad vil påvirke de andre planeter og asteroidesystemer er ikke fuldstændig klart. Man kunne i værste fald forestille sig, at hele solsystemet kunne blive ustabilt af denne manøvre.

Går vi lidt tættere på Jorden, bør man måske også overveje, hvordan vi kan flytte Månen med os - eller om det i det hele taget er vigtigt. Det nuværende dyre og planteliv er under alle omstændigheder i høj grad tilpasset månens tidevandseffekter. Den kan derfor have en indirekte indflydelse også på menneskenes leveforhold.

Mest alvorligt er det dog, at objektet vil blive nødt til at passere meget, meget tæt på Jorden. Ca. 10.000 km fra Jordens centrum - så dvs. et objekt med 100 km i diameter og en tusindedel Plutos masse skal forbi Jorden i ca. halvanden gange den internationale rumstations banehøjde!

Der er derfor meget store chancer for flodbølger eller andre naturkatastrofer med død og ødelæggelse til følge. Og naturligvis også den mulighed at objektet faktisk rammer Jorden!

Korycansky, Laughlin & Adams skriver følgende: »An obvious drawback to this proposed scheme is that it is extremely risky and hence sufficient safeguards must be implemented. The collision of a 100 km diameter object with the Earth at cosmic velocity would sterilize the biosphere most effectively, at least to the level of bacteria. This danger cannot be overemphasized.«

Muligheder for at undgå Dommedag

Man kan altså konkludere, at Solen vil blive en kæmpestjerne, og at det vil betyde Jordens undergang. Vi har imidlertid et par muligheder for at undgå Dommedag.

Hvis vi antager Jorden stadig har en befolkning om 7 milliarder år, kan man enten prøve en evakuering eller en tilsyneladende billigere og mere holdbar løsning: At flytte Jorden udad vha. et Kuiperbælteobjekt, der fungerer som gravitationel slynge. Det er selvfølgelig utroligt risikabelt og også lidt kortsigtet, idet vi ved Solen vil ende som en hvid dværg til sidst!

På den anden side kan man måske udtænke endnu en gravitationel slyngeplan til at hive Jorden tilbage igen.

Så det er i konklusion ikke fuldstændig usandsynligt, selv med nuværende teknik, at Jorden kan reddes. Men det vil under alle omstændigheder først være aktuelt om flere milliarder år. Og måske menneskeheden er i stand til selv at ødelægge planeten og livet på den uden astronomiske hjælpemidler?

Brug artiklen i undervisningen. Denne artikel er udvalgt til undervisning.videnskab.dk. Se anbefalinger til brug af artiklen i undervisningen.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs her om, hvordan forskerne tog billedet af atomerme.