Asteroide del fin del mundo

La dificultad "normal" es ridículamente difícil. Claramente, no tenemos una solución para esto en un estante en algún lugar, por lo que tendremos que:

• Obtener financiación para hacer una solución.
• Demostrar que la amenaza es lo suficientemente creíble como para justificar un cambio importante en el gasto global para poner en marcha el proyecto.
• Obtenga más fondos, porque el alcance del proyecto se comprende mejor.
• Diseña el dispositivo.
• Constrúyelo
• No se puede probar, por lo que debe hacerse perfectamente la primera vez, sin un solo error en los millones de líneas de código, múltiples motores de cohetes y algunos miles de remaches y/o soldaduras.
• Intégrelo (tendrá que fabricarse en todo el mundo para hacer el trabajo lo suficientemente rápido)
• Llévalo al espacio para hacer una intercepción
• En realidad interceptar.

Ahora se acepta generalmente que romper el asteroide es peor que dejar que choque con la Tierra. Muchos estudios han demostrado que una lluvia de meteoros más pequeños en realidad causa más daño. La única solución válida que hemos encontrado utilizando la ciencia moderna real de la NASA es alejarla de las trayectorias de colisión de la Tierra. Ahora, supongamos que la roca del tamaño de Ceres está en una línea recta hacia el centro de masa de la Tierra. Esto significa que tenemos que desviarlo unos 6300 km. El efecto de los cohetes en el espacio a menudo se mide en "delta-V" o la capacidad de cambiar la velocidad. La cantidad de delta-V que necesitamos depende de cuánto tiempo tenemos para empujar la roca fuera del camino después de que se haya terminado el diseño y la construcción.

• 1 día - 73 m/s
• 10 días - 7,3 m/s
• 30 días - 2,4 m/s

Esto es solo física simple. Ahora, ceres tiene una masa de rudos$900\cdot10^{18} \text{kg}$. Con esto, podemos encontrar el impulso total necesario para causar esa desviación. Esto se mide en Ns, pero por un sentido de escala, también se proporcionan en términos de impulso máximo teórico de un cohete Saturno V ($5.6\cdot10^9\text{N s}$).

• 1 día - 73 m/s -$6.57\cdot10^{22} \text{N s}$- 11.732.142.857.143 Saturno V
• 10 días - 7,3 m/s -$6.57\cdot10^{21} \text{N s}$- 1.173.214.285.714 Saturno V
• 30 días - 2,4 m/s -$2.16\cdot10^{21} \text{N s}$- 385.714.285.715 Saturno V

Esto debería darte una idea de cuán brutalmente imparable puede ser un planetoide.

¿Qué pasa si amplificamos las cosas? ¿Qué pasaría si intentáramos usar todo lo que tenemos a nuestra disposición? Para apartar las rocas del camino, necesitamos poder ejercer fuerza contra algo. Un enfoque sería fracturar mágicamente la roca por la mitad y luego aplicar energía (a través de un proceso místico) para empujar las mitades en direcciones opuestas alrededor de la Tierra. Incluso digamos que podemos hacer esto "ahora" sin innovación. Tenemos 30 días, por lo que se requieren unos escasos 2,4 m/s de delta-V. Usando$E=1/2mv^2$podemos determinar cuánta energía necesitamos poner en ceres para desviarlo. La mitad de la energía se destinará a empujar la mitad de la roca en un sentido y la otra mitad en el otro sentido. esto sale a la luz$2.59\cdot10^{21} \text{J}$. Volviendo a uno de mis gráficos personales favoritos de todos los tiempos, Órdenes de magnitud (energía) , vemos las comparaciones:

• $7.9\cdot10^{21} \text{J}$- energía estimada contenida en las reservas mundiales de petróleo a partir de 2010
• $2.9\cdot10^{22} \text{J}$- identificó recursos mundiales de uranio-238 utilizando tecnología de reactores rápidos
• $3.9\cdot10^{22} \text{J}$- energía estimada contenida en las reservas mundiales de combustibles fósiles a partir de 2010

Tendríamos que aprovechar una enorme cantidad de energía. Visto de diferentes maneras, podría pensarse como 1/3 de las reservas totales de petróleo en el mundo, o 3.8% de las reservas de combustibles fósiles y nucleares del mundo solo para tener suficiente energía para hacer el trabajo. Esto debe ser útil hoy , aunque en realidad la mayoría de esas reservas todavía están bajo tierra.

Si les damos a nuestros mineros tanto tiempo como sea posible, nos encontramos con un límite estricto de 24 días para extraer todas las reservas de energía de nuestro planeta. Eso nos da 6 días para usar todas las reservas de energía fósil y U238 de nuestro planeta para impartir la energía necesaria para empujar ambas mitades a 12,3 m/s en cada dirección, haciendo que apenas pierdan nuestro planeta.

¡Buena suerte!

@CortAmmon cubre bien por qué no podrá empujar esta cosa fuera del camino, a esa velocidad, masa y distancia golpeará la Tierra. No hay nada que podamos hacer para cambiar eso en 30 días o incluso en un año.

Vamos a tener una idea aproximada de la escala de este impacto, porque es mucho más grande de lo que piensas.

El volumen de una esfera es 4/3 pi r^3. Si duplicas el diámetro, aumentas el volumen ocho veces. Su objeto tiene ocho veces la masa de Ceres o 8e21 kg.

¿Cuánta energía tendrá este impacto a 24,000 MPH? Eso es .5 x mass x velocity^2o 4.6e29 J . ¿Cuánta energía es eso?

Se estima que el impacto de Chicxulub que acabó con los dinosaurios fue de 4,2e23 J, su impacto es un millón de veces más fuerte .

El Sol emite 3e26 J por segundo, que es una enorme cantidad de energía. ¡Tu impacto es tanta energía como la que emite el Sol en 20 minutos! No es lo que golpea la diminuta Tierra, la salida total del Sol durante 20 minutos.

La energía requerida para destruir la Tierra, para superar su energía de enlace gravitacional y explotarla, es de 2e32 J o solo 500 veces más que su impacto.

Es justo decir que su impacto hará un daño que la Tierra probablemente no ha visto desde que fue golpeada por un planetoide que arrancó suficiente material para formar la Luna . Básicamente, no hay esperanza de que la vida ni nada sobreviva en la Tierra, bajo tierra o en órbita. Todo el mundo y todo está muerto. La superficie del planeta está fundida. Grandes trozos de tierra fundida son lanzados al espacio y orbitan. La única evidencia de que alguna vez existió nuestra civilización serán nuestras sondas espaciales.

Es posible que desee reducir las cosas.

Tenga en cuenta que la energía cinética escala linealmente con la masa, pero exponencialmente con la velocidad. El doble de masa, el doble de energía. Duplica la velocidad, cuadriplica la energía. Hacerlo más pequeño no es tan importante como hacerlo más lento. Por ejemplo, cambiar al modo "fácil" donde nuestro objeto tiene la mitad del diámetro de Ceres reduce el volumen y, por lo tanto, la masa en 64 veces. Eso reduce la energía del impacto en 64 veces. Parece mucho, pero sigue siendo 7.2e27 J, que es "solo" 17000 veces más fuerte que el impacto que acabó con los dinosaurios. Todo en la Tierra sigue muerto.

¿Así que esta es tu idea de un nivel de dificultad "normal"?

• En la actualidad, por lo que no podemos usar nada que no tengamos ya.
• Treinta días, por lo que no podemos desarrollar nada nuevo.
• 9 billones de billones de toneladas de roca volando hacia nosotros a Mach 31.
• a solo 18 millones de millas de distancia, por lo que lo único que se interpone entre él y nosotros es nuestra luna.

¡Tipo! Somos constructores de mundos, no hacedores de milagros.

Afortunadamente, aunque descartaste la mayoría de nuestras herramientas favoritas (pseudociencia, jugar rápido con las leyes físicas y evacuaciones a escala planetaria), pasaste por alto una de mis favoritas personales... la historia alternativa.

Déjame contarte algunos secretos de estado. Dado que el mundo está a punto de acabarse, no hay razón para seguir con la farsa. La mayor parte de la historia que te enseñaron en la escuela era en realidad una mentira elaborada. La guerra fría, la carrera espacial y los programas de defensa de misiles de la guerra de las galaxias, todos esos fueron solo historias de tapadera, creadas para ocultar la empresa más ambiciosa en la historia de la humanidad. Bienvenido al Proyecto Escudo Estelar.

Durante los últimos cincuenta años, los Gobiernos Unificados de la Tierra, el imperio en la sombra encubierto que gobierna cada acre ocupado de nuestro planeta, ha estado canalizando un gran porcentaje de nuestra ganancia planetaria bruta en la preparación de algo como Horus. Hemos acumulado miles de proyectiles de gran masa en órbita lunar. Cada proyectil pesa solo un par de toneladas, pero cada uno está equipado con tanques de dióxido de carbono congelado que se pueden ventilar para sublimar en ráfagas controladas, impulsando y dirigiendo estos objetos a través de patrones intrincados. Los avances recientes en estos sistemas de control de trayectoria han elevado la movilidad de estos proyectiles al nivel de instrumentos quirúrgicos.

Así que aquí está el plan. No tenemos suficientes proyectiles para destruir o incluso desviar a Horos; pero somos capaces de reducir la velocidad solo un poco, lo suficiente como para cambiar exactamente cuando esa roca masiva cruza el camino orbital de nuestra luna. Hemos hecho los cálculos repetidamente y ahora estamos seguros de que podemos organizar una colisión entre Horus y nuestra luna. Con suerte, el punto de contacto será tal que ambos cuerpos se desviarán de sus trayectorias actuales y caerán en trayectorias paralelas que caerán en picado hacia el sol. Perderemos nuestra luna, pero quizás salvemos nuestras vidas...

-- editar en respuesta a los comentarios --

Esta respuesta es valiente. En realidad, no responde a la pregunta original. La pregunta original pedía soluciones realistas para un evento de extinción del impacto de un asteroide en una línea de tiempo. Sin embargo, hay un problema. Hay equipos completos de doctores en astrofísica pagados para hacer nada más que resolver una versión más simple de este problema donde todo el diseño y la construcción se pueden hacer antes de que se detecte el asteroide (a diferencia de esta pregunta, que debe agrupar el diseño y la implementación en el misma línea de tiempo) Su respuesta: realmente no sabemos cómo hacerlo. No obtendrá una mejor respuesta científicamente factible que la respuesta oficialmente aceptada en la comunidad científica de que "simplemente no puede hacerlo".

Sin embargo, eso es aburrido. Esto es construcción de mundos. Tenemos un poco más de flexibilidad para doblar y/o violar las leyes. Así que, en lugar de eso, me aferraré a dos palabras de la pregunta original completa, "sé creativo", e ignoraré el hecho de que probablemente estoy siendo demasiado indulgente con mis interpretaciones de la pregunta original. Disfrutar

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El Horus v2 sigue siendo un enemigo ridículamente formidable sin un escenario de victoria real. Sin embargo, creo que se está acercando lo suficiente a ser un escenario de Kobayashi Maru : no hay caso ganador, pero podríamos hacer un poco de trampa para crear un caso ganador.

Usando una lógica similar a la de mi respuesta anterior para Horus v1, podemos encontrar que necesitamos aplicar un delta-V de .1m/s al asteroide para desviarlo lo suficiente como para evitar la Tierra si mágicamente tuviéramos el aparato correcto en el lugar correcto. en la marca de 2 años (no sorprende, eso es 24 veces menos que la velocidad necesaria para desviar el asteroide en el marco de tiempo original de 1 mes). Desafortunadamente, incluso con la masa reducida, todavía estamos viendo$6.55\cdot10^{15} \text{J}$, que es la producción total de energía de alrededor de un millón de cohetes Saturno-V. De manera realista, dado que tendrá que construir la nave y enviarla, no habrá 2 años completos para la desviación, por lo que ese número es una gran subestimación.

Sin embargo, sus nuevos números me hicieron pensar: 2 años es mucho tiempo. Es un período de tiempo que nos permite recurrir a otros jugadores además de nosotros mismos. El caso general es "La Tierra se aplasta", pero no hay una razón particular por la que tengamos que mirar el caso general. ¿Qué pasaría si pudiéramos encontrar un caso específico en el que la geometría se preste a algo más hospitalario?

Las hondas gravitacionales son una herramienta de multiplicación de fuerza bien conocida. En resumen, una nave se dirige cerca de un planeta para que su gravedad acelere la nave. La nave puede robar efectivamente algo de impulso del planeta o planetoide para impartir una aceleración o un cambio de dirección.

¿Qué pasaría si, en la situación específica de Horus, Horus en realidad no se dirigiera directamente hacia nosotros, sino que en realidad estuviera en una trayectoria que se doblara alrededor de un planeta para golpearnos? Si es así, podríamos modificar su trayectoria para golpear esa honda ligeramente diferente. Esta sería una multiplicación de fuerza muy efectiva: un pequeño cambio en la velocidad de entrada a la honda daría como resultado una marcada diferencia en la trayectoria. ¿Por qué quemar un millón de cohetes Saturno V, cuando puedes usar la energía bruta de un planeta en órbita?

Hay un problema: a la velocidad a la que se mueve Horus, está a solo 0,42 UA de la Tierra cuando se detecta. (Espectáculo pobre, NFO: perder un objeto pequeño a distancias más grandes es razonable, ¡pero esto es una bestia!) Marte tiene una órbita de 1.55AU, lo que significa que incluso en el mejor de los casos no nos permitirá usar ninguno de los planetas exteriores. Lo más cerca que estará Marte de nosotros todavía está a 0,55 UA de distancia. Sin embargo, Venus tiene una órbita de 0,72 UA, lo que significa que si los planetas se alinean a nuestro favor, Venus podría estar entre nosotros y Horus.

Así que es hora de piratear el escenario de Kobayashi Maru: cuando nadie esté mirando, cambie cualquiera de las funciones de aleatorización para que nos haga detectar el asteroide que se precipita hacia nosotros desde el sistema solar interior. Tal vez juegue como si los extraterrestres no especificados que pueden haber enviado el asteroide hacia nosotros quisieran usar los efectos del sol para ocultar el asteroide de NFO, lo que explica su pobre tiempo de respuesta. Ahora, cuando nadie esté mirando, cambie la fecha estelar -- * ejem * Me refiero a la fecha juliana del escenario que ocurrirá cuando Venus esté en el camino de Horus, y su gravedad doble a Horus en su trayectoria letal final.

Ahora espera hasta la mañana y hagamos la prueba. Podemos hacer algunas aproximaciones lineales rápidas en la honda para averiguar qué está pasando. Las aproximaciones del asiento de los pantalones que ignoran muchos detalles sugieren que puede haber un camino tan corto como .28AU entre Venus y el punto de impacto de la Tierra en algún momento perfecto. Dejaré que otros averigüen si esto importa. Esto significa que T-480 días Horus dejaría la honda de gravedad de Venus. Una desviación de la velocidad en cualquier dirección de 0,15 m/s en este punto será suficiente para que Horus pierda la Tierra. El cambio de velocidad a través de una honda es:

$$V_{Horus}^\prime = \sqrt{4V_{Venus}^2 + V_{Horus}^2 + 4V_{Venus}V_{Horus}\cos\theta}$$

Donde theta es el ángulo de incidencia que tiene Horus con respecto a Venus. Queremos un cambio en la velocidad causado por el cambio de la velocidad de Horus (cambiar theta también funcionaría, pero es difícil de hacer porque requiere mucha más energía), diferenciando con respecto a$V_{Horus}$obtenemos

$$\frac{d}{dV_{Horus}} V_{Horus}^\prime = \frac{V_{Horus} + 2V_{Venus}}{\sqrt{4V_{Venus}^2 + V_{Horus}^2 + 4V_{Venus}V_{Horus}\cos\theta}}$$

Este es un modelo de pequeña perturbación de cuánto cambia la velocidad final con respecto a los cambios en la velocidad inicial. Este es nuestro término multiplicador de fuerza. Si es igual a 10, significa que un cambio de 0,01 m/s en la velocidad inicial resulta en un cambio de 0,1 m/s en la velocidad a medida que se precipita hacia la Tierra. Cuanto mayor sea este número, menos esfuerzo nos costará mover a Horus; Venus hará el resto del trabajo.

Entonces, ¿cuánto tuvimos que engañar al Kobayashi Maru? Vamos a conectar algunos números para obtener:

$$\frac{d}{dV_{Horus}} V_{Horus}^\prime = 30.322/\sqrt{5011 + 1400\cos\theta}$$

Por tanto, nuestro multiplicador de fuerza depende del ángulo de incidencia. Un gráfico muestra que esto varía de 1,0 en un ángulo de 0 grados (perspectiva perfecta) a 1,34 en un ángulo de 90 grados.

Esto significa que incluso con la honda de la gravedad, no tenemos suficiente empuje para ser un multiplicador de fuerza útil.

Pero ahora hagamos trampa de verdad. Este es Kobayashi Maru después de todo. ¿Qué pasa si crees que nadie está mirando la velocidad de Venus? Después de todo, no planearon que fuera parte de la prueba. ¿Qué podríamos hacer para colar una solución para maximizar nuestro multiplicador de fuerza?

Claramente, la mejor solución será una maniobra de incidente de 90 grados, por lo que buscamos maximizar

$$Multiplier_{cheating} = \frac{V_{Horus}+2*(\mu V_{Horus})}{\sqrt{4(\mu V_{Horus})^2+V_{Horus}^2}} = \frac{1+2\mu}{\sqrt{5}}$$

dónde$\mu$es una relación entre la velocidad de Horus y nuestra masa cortada de Venus. Un gran$\mu$produce mejores multiplicadores, lo que implica que Venus se mueve a un ritmo considerable. Venus se mueve naturalmente a una velocidad de aproximadamente 0,00011 veces la velocidad de la luz. Se supone que Venus se mueve aproximadamente 3 veces más rápido que Horus, así que creo que se darían cuenta si hiciéramos que Venus se moviera a velocidades relativistas, pero deberíamos poder hacer que Venus se moviera 100 veces más rápido sin que nadie lo notara. Ahora$\mu$es 350, para un multiplicador de 150.

Un multiplicador de fuerza de 150 significa que ahora solo necesitamos$4.3\cdot10^{13}J$, que son solo unos 750 cohetes Saturno-V. Esto también está en el orden de la cantidad de energía en Little Boy, lo que implica que este multiplicador ahora ha llevado el problema al ámbito de una solución de fuerza bruta. A Kirk le encantará.

Mientras nadie controle la velocidad de Venus, también nos saldremos con la nuestra.

Para los asteroides y cometas "normales", existe una pequeña posibilidad de que podamos construir una versión de la nave espacial de pulso nuclear ORION y usarla como misil. Los detalles están aquí:

http://nextbigfuture.com/2009/02/unmanned-sprint-start-for-nuclear-orion.html

La cotización del dinero está aquí:

Alcance altas velocidades con solo unos pocos explosivos y pequeños amortiguadores o sin choques. Lanzamiento contra un asteroide condrítico de 100 metros que viene a 25 km/seg. 1000 megatones si golpea. Lance cuando esté a 15 millones de kilómetros de distancia e intente causar una desviación de 10000 km. Un Orión mínimo que pese 3,3 toneladas sin ojiva haría el trabajo. 115 cargas con un rendimiento total de 288 kilotones. Lanzamiento para interceptar en 5 horas. Tiempo suficiente para lanzar un segundo si el primero falla.

Entonces, un programa de construcción frenético por parte de cada nación con capacidad nuclear en la Tierra podría lanzar una flota de estos misiles al cuerpo entrante, con cada misil impactando con una Gigatonelada de energía. Asumiendo que este es un cuerpo relativamente sólido y que cada misil fue programado para golpear en el mismo punto ligeramente fuera del eje, podría haber suficiente transferencia de energía para desviar el cuerpo principal, aunque la Tierra aún sería golpeada por un espectacular enjambre de meteoritos.

El problema principal es que producir ojivas nucleares en una línea de ensamblaje no será fácil ni barato, y en su mayor parte, el stock existente de armas nucleares no es adecuado para fabricar unidades de pulso para los misiles. Además, dados los límites de tiempo, sería muy difícil extraer, refinar y enriquecer suficiente uranio (o producir suficiente plutonio) para fabricar todas las unidades de pulso necesarias; habría que utilizar las reservas existentes y desmantelar las armas nucleares existentes para acceder a sus núcleos de fisión en busca de material.

Los factores políticos también estarán en juego; ¿Le entregaría su stock de plutonio o uranio altamente enriquecido a los Estados Unidos para construir todas las unidades de pulso? ¿Estaría dispuesto a desarmarse entregando todas sus existencias actuales de armas nucleares para reutilizarlas en unidades de pulso? De hecho, si a los estadounidenses (o a cualquiera en realidad) se les confió la construcción de las miles de unidades de pulso necesarias para una flota de misiles, ¿por qué detenerse allí? En un mundo con pocas o ninguna arma nuclear, tener cientos de bombas de 2.5Kt sería bastante ventajoso (y por supuesto, podrían usarse fácilmente como disparadores de bombas termonucleares más poderosas). Y, por supuesto, si alguien intentara hacer esto unilateralmente, sería acusado de intentar apoderarse del mundo con su enorme reserva de armas nucleares.

Así que la solución sería casi tan mala como el problema....

No soy el tipo de mentalidad matemática que tienen las personas de arriba, así que no puedo hacer los cálculos que son capaces de hacer, pero el método más eficiente para detener este impacto es usar la gravedad... la teoría no es mía de ninguna manera. significa, pero si ponemos un objeto que viaja a la misma velocidad en la misma dirección al lado de Horus de una masa lo suficientemente significativa, los dos cuerpos se atraerán entre sí, eventualmente alterando el curso de Horus muy levemente... que es todo lo que realmente necesitamos.

Pasos para ello:

• Lanza una nave al cinturón de asteroides y encuentra un objeto adecuado. Comienza a acelerarlo para que cuando Horus se acerque, ya esté cerca de su velocidad como Horus.

• Arrastra el asteroide para que la nave quede paralela a Horus. Deje que la gravedad haga su truco y permita que Horus y este nuevo asteroide se acerquen el uno al otro.

• Cuando se acercan demasiado, la nave arrastra el asteroide un poco más lejos de Horus y permite que continúe el proceso.

• No necesita mucho ángulo de deflexión para que esto funcione, ya que el marco de tiempo se extiende.

• Un Horus magnético podría hacer esto más fácil ya que la atracción de la gravedad y el magnetismo (suponiendo que pueda encontrar un asteroide de hierro) simplemente aumentará la velocidad a la que se mueve Horus de su curso actual.

• La Tierra también se mueve increíblemente rápido... el mismo concepto se puede aplicar cuando la nave con el asteroide a remolque se coloca delante o detrás de Horus, ya sea acelerándolo (para que vuele por la Tierra frente a él) o ralentizándolo ( para que la Tierra pase por el punto donde colisionaría). Todo esto depende del ángulo en el que Horus se acerca a la órbita terrestre para aplicar.

Mis incógnitas por supuesto son:

• No creo que los humanos actuales puedan construir una nave y llevarla al cinturón de asteroides en un año.

• No sé qué tan grande sería un asteroide sobre qué tan grande marco de tiempo se necesitaría para desviar o acelerar o ralentizar a Horus lo suficiente como para no alcanzarnos.

• ¿Cuánto combustible / energía se necesitaría para que la nave se preposicione constantemente y el asteroide a remolque para asegurarse de que no choquen con Horus?

El asteroide es en realidad opcional, la masa de la nave podría ser suficiente durante un período de tiempo lo suficientemente largo.