¿Pueden los humanos desplazar la órbita terrestre con nuestras armas actuales?

El mundo contiene unas 15.000 armas nucleares. La prueba nuclear más grande realizada por los EE. UU. tuvo un rendimiento de alrededor de 25 megatoneladas de TNT, así que supongamos que nuestro rendimiento promedio es de aproximadamente 20 megatoneladas. Una megatonelada de TNT tiene un rendimiento de 4,2 petajoules cuando se convierte a unidades estándar, o$4.2 \times 10^{15}$julios Multiplicando todo esto, obtenemos una energía total para todas nuestras armas nucleares de:

$4.2 \times 10^{15} \times 20 \times 15,000 = 1.26e \times 10^{21}$julios de energía.

Esta es suficiente energía para causar mucho daño a la Tierra, pero todavía es más de dos órdenes de magnitud menos energía que el asteroide que mató a los dinosaurios, e incluso esa cantidad de energía es mucho menor que la cantidad de energía que se necesitaría. cambiar significativamente la órbita de la Tierra. Como estimación aproximada, podemos decir que la cantidad de energía requerida para cambiar significativamente la órbita de la Tierra debe ser de una magnitud comparable a la cantidad de energía cinética orbital que ya tiene la Tierra. La Tierra tiene alrededor$10^{33}$julios de energía cinética, que es mayor que la energía de todas nuestras armas nucleares en alrededor de 12 órdenes de magnitud.

Si asumimos que, para pequeños cambios en la distancia en relación con el radio orbital total, el radio orbital varía aproximadamente linealmente con la energía, esto produce un cambio total del radio orbital para la Tierra de aproximadamente una décima parte de un metro si pudiéramos detonar toda la energía nuclear. bombas que tenemos de tal manera que vuelcan toda su energía en mover la Tierra. Podríamos cambiar un poco la órbita de la Tierra, pero probablemente no lo suficiente como para medirla con los instrumentos más precisos que hemos creado.

Como referencia, la presión de la radiación del sol probablemente mueve la Tierra en esta cantidad todos los días. La presión de las partículas del viento solar mueve la Tierra aproximadamente esta cantidad cada año.

Sí, teóricamente.

Pero no por cualquier cantidad que pudiera medirse. La masa de la tierra y la velocidad orbital alrededor del sol son tan grandes que cualquier arma concebible le daría un pequeño empujón que nunca notarías.

Recuerda que para cambiar la órbita necesitas lanzar algo a la velocidad de escape. Disparar un arma al aire no es suficiente, debes lanzar proyectiles a 11,2 km/s y luego evitar que el aire los frene.

Ahora compare la masa de ese proyectil con la masa de la tierra y verá el problema.

Incluso algo como una enorme explosión que divide el planeta en dos (que de todos modos no podríamos generar) no cambiará la órbita a menos que se lancen cantidades sustanciales del planeta a una velocidad superior a la velocidad de escape. Las dos mitades del planeta simplemente continuarían en la misma órbita girando una alrededor de la otra y se unirían o formarían un binario.

Piénsalo de otra manera. En lugar de tratar de mover directamente la Tierra, con nuestras armas actuales, ¿podríamos empujar un asteroide hacia una "falla" cercana a la Tierra que arrastraría gravitacionalmente a la Tierra un poco?

Probablemente, pero requeriría mucha preparación cuidadosa y el margen de error sería mínimo. Entonces estaríamos potencialmente aumentando la cantidad de cosas grandes con una órbita que cruza la Tierra (asumiendo que la gran roca dará la vuelta para pasar nuevamente por la Tierra), nunca una decisión acertada. Idealmente, ya hay uno que podríamos ajustar ligeramente para nuestro propósito.

Además, sería un proceso LARGO ya que cualquier asteroide que pudiéramos mover con nuestras armas/cohetes actuales no sería muy grande, por lo que el arrastre que podría ejercer sobre la Tierra sería muy pequeño. Tendríamos que empujar repetidamente el asteroide, paso tras paso, para mantener la Tierra moviéndose en la dirección deseada (alejándose del sol en expansión, presumiblemente). Las "armas" (como los explosivos nucleares) probablemente no sean lo mejor para esto, pero cualquier cosa con el poder de cambiar la órbita de un asteroide puede considerarse un arma (ya sea de empuje nuclear, un láser o un cañón de bobina de impulsor de masa).

Voy a seguir adelante y asumir que por "desalojar la órbita de la tierra" te refieres a "escapar de la gravedad del sol". Corrígeme si me equivoco, por supuesto.

Para responder a su pregunta: desafortunadamente, no, ni siquiera podemos esperar hacer eso, incluso si renunciamos a la supervivencia de la vida como requisito.

Para romper efectivamente la órbita alrededor del sol, tenemos que alcanzar lo que se llama Escape Velocity. Esta es la velocidad mínima a la que debe viajar un objeto para que la gravedad del cuerpo del que está tratando de escapar no lo frene ni retroceda. Piensa en lanzar una pelota al aire. Cuanto más rápido lo lances, más arriba viajará antes de volver a caer al suelo. Si lo lanzas lo suficientemente rápido , nunca volverá. Esta velocidad es la velocidad de escape.

La velocidad de escape solar es de 42,1 km/s. Eso es rápido. Sin embargo, la Tierra ya se mueve a unos 30 km/s, por lo que si quisiéramos expulsar a la Tierra de su órbita solar, necesitamos un Delta-V efectivo de 12,1 km/s. Hagamos algunos cálculos rápidos para ver cuánta energía se necesitará para lograr ese cambio de velocidad.

La energía cinética se calcula con la fórmula E = (1/2)mv^2 donde m es la masa del objeto y v es su velocidad. La masa de la tierra es 5.972x10^24 kg. La velocidad de la tierra, como dije, es de 30.000 m/s. Insertarlos en la ecuación produce una energía cinética de 2.6874x10 ^ 33 julios. Esta es la energía cinética actual de la Tierra.

Para saber cuánta energía necesitaremos, debemos calcular la energía cinética hipotética de la Tierra a la velocidad de escape y luego restar la energía actual para obtener la diferencia. Ejecutar los números usando la velocidad de escape solar da una energía cinética de 5.2924x10 ^ 33 julios. Eso es algo así como el doble de la energía actual de la tierra. Para ser exactos, necesitaremos aumentar la energía cinética de la Tierra en 2,605x10^33 julios.

Entonces, ¿cuánta energía ES 2.605x10 ^ 33 julios? Si escribimos ese número de una manera más familiar, se vería así: 2,675,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 J. Para ser honesto, realmente no hay forma de que la mente humana pueda captar ese tipo de número. El consumo total de energía de la civilización humana de la Tierra es algo así como 10^19 J en un año. Las reservas estimadas de energía contenida en el petróleo son 10^22 J. Magnitud ~9 Los terremotos emiten una energía similar. El impacto del meteorito que "mató" a los dinosaurios liberó alrededor de 10 veces esa cantidad. Sin embargo, esto es lo que pasa con este tipo de estimación. 10 ^ 23 puede parecer solo un poco menor que 10 ^ 33, pero en realidad cada aumento en el exponente aumenta el número 10 veces. 10^33 es 10 MIL MILLONES de veces mayor que 10^23.

Volviendo al ejemplo del Terremoto, un Terremoto de magnitud 9 es terriblemente intenso, y ni siquiera está cerca de la energía suficiente. Una magnitud estimada de 12 es lo que se causó durante el impacto del meteorito mencionado anteriormente en Yucatán, e incluso ESO es demasiado pequeño. El nivel de energía que necesitaríamos para liberar a la Tierra del sol se registraría como una magnitud de 19 en la escala de Richter. Esto es, literalmente, hacer temblar la Tierra. Entonces, incluso si la humanidad SÍ tuviera suficiente energía para lograr este objetivo (no la tenemos), intentarlo literalmente destruiría la tierra.

Pero eso es todo asumiendo que queríamos hacerlo todo a la vez. Obviamente, no lanzamos cohetes usando una bomba gigante, distribuimos el flujo de energía a lo largo del lanzamiento. Supongamos que montamos un motor de cohete masivo en un lado de la Tierra y lo encendimos con la esperanza de lanzar la Tierra lejos del sol después de una larga combustión. Si limitamos la producción de energía del cohete a algo razonable (digamos ~ 5x10 ^ 16 vatios, lo que se sentiría como un terremoto de magnitud 8 constante), entonces el cohete ardería durante mil millones de años antes de que la Tierra tuviera suficiente velocidad para escapar de la del sol. gravedad.

Desafortunadamente, realmente no puedo decir que mover la Tierra sea una opción viable. ¡Su masa es simplemente demasiado alta!

¿Cuánto le gustaría mover la órbita para que se considere significativa?

En octubre de 2013, la sonda Juno robó parte del impulso de la Tierra mientras pasaba volando en una asistencia de gravedad, alterando su órbita. La cantidad era infinitesimalmente pequeña, pero aún medible hasta cierto punto.

Dado que hablas de armas, el método sería diferente de una asistencia por gravedad, pero el cambio estaría ahí de todos modos. Sin embargo, los efectos serían completamente imperceptibles en comparación con los efectos de las armas mismas, que acabarían con la vida antes de que pudieras notar que la órbita ha cambiado.