În filmul chinezesc de ficțiune științifică The Wandering Earth, lansat recent pe Netflix, umanitatea încearcă să schimbe orbita Pământului cu ajutorul unor propulsoare enorme pentru a scăpa de soarele în expansiune - și pentru a preveni o coliziune cu Jupiter.
Scenariul se poate realiza într-o zi. În cinci miliarde de ani, soarele va rămâne fără combustibil și se va extinde, cel mai probabil înglobând Pământul. O amenințare mai imediată este o apocalipsă de încălzire globală. Deplasarea Pământului pe o orbită mai largă ar putea fi o soluție - și este posibil în teorie.
Dar cum am putea să ne ocupăm de aceasta și care sunt provocările inginerești? De dragul argumentului, să presupunem că ne propunem să mutăm Pământul de pe orbita sa actuală pe o orbită cu 50% mai departe de soare, similar cu Marte ”.
De mai mulți ani, concepem tehnici pentru a muta corpuri mici - asteroizi - de pe orbita lor, în principal pentru a proteja planeta noastră de impacturi. Unele se bazează pe o acțiune impulsivă și, adesea, distructivă: o explozie nucleară în apropierea sau pe suprafața asteroidului, sau un „afectator cinetic”, de exemplu o navă spațială care se ciocnește cu asteroidul. Acestea nu se aplică în mod clar Pământului, datorită naturii distructive a acestora.
În schimb, alte tehnici implică o apăsare continuă, foarte blândă, pe o perioadă lungă de timp, asigurată de un remorcher atârnat pe suprafața asteroidului sau de o navă spațială care se apropie de el (împingând prin gravitație sau prin alte metode). Dar acest lucru ar fi imposibil pentru Pământ, deoarece masa sa este enormă în comparație cu chiar și cei mai mari asteroizi.
Propulsoare electrice
De fapt, am mutat deja Pământul de pe orbita sa. De fiecare dată când o sondă părăsește Pământul pentru o altă planetă, ea dă un impuls mic Pământului în direcția opusă, similar cu reculul unei arme. Din fericire pentru noi - dar, din păcate, în scopul mișcării Pământului - acest efect este incredibil de mic.
Falcon Heavy de SpaceX este cel mai capabil vehicul de lansare astăzi. Avem nevoie de lansări de 300 de miliarde de miliarde la capacitate maximă pentru a realiza schimbarea orbitei către Marte. Materialul care compune toate aceste rachete ar fi echivalent cu 85% din Pământ, lăsând doar 15% din Pământ pe orbita Marte.
Un propulsor electric este un mod mult mai eficient de a accelera masa - în special acționările ionice, care funcționează prin arderea unui flux de particule încărcate care propulsează vasul înainte. Am putea arunca și trage un propulsor electric în direcția de pe orbita Pământului.
Propulsorul supradimensionat ar trebui să se afle la 1.000 de kilometri deasupra nivelului mării, dincolo de atmosfera Pământului, dar totuși solid atașat de Pământ cu un fascicul rigid, pentru a transmite forța de împingere. Cu un fascicul ionic tras la 40 de kilometri pe secundă în direcția corectă, va trebui totuși să ejectăm echivalentul a 13% din masa Pământului în ioni pentru a muta restul de 87%.
Navigând pe lumină
Deoarece lumina are un impuls, dar fără masă, putem fi, de asemenea, capabili să alimentăm continuu un fascicul de lumină focalizat, cum ar fi un laser. Puterea necesară ar fi colectată de la soare și nu s-ar consuma nicio masă a Pământului. Chiar și folosind enorma instalație laser de 100 GW, prevăzută de proiectul Breakthrough Starshot, care își propune să propulseze nave spațiale în afara sistemului solar pentru a explora stelele vecine, ar mai fi nevoie de trei miliarde de miliarde de ani de utilizare continuă pentru a realiza schimbarea orbitală.
Dar lumina poate fi, de asemenea, reflectată direct de la soare pe Pământ cu ajutorul unei vele solare staționate lângă Pământ. Cercetătorii au arătat că ar avea nevoie de un disc reflector de 19 ori mai mare decât diametrul Pământului pentru a realiza schimbarea orbitală pe o durată de un miliard de ani.
Biliard interplanetar
O tehnică binecunoscută pentru două corpuri care orbitează pentru a schimba impulsul și pentru a-și schimba viteza este cu un pasaj apropiat sau cu o trântie gravitațională. Acest tip de manevră a fost utilizat pe scară largă de sondele interplanetare. De exemplu, nava spațială Rosetta care a vizitat cometa 67P în perioada 2014-2016, în timpul călătoriei sale de zece ani către cometa a trecut de două ori în apropierea Pământului, în 2005 și 2007.
Drept urmare, câmpul gravitațional al Pământului a conferit o accelerație substanțială Rosetta, care ar fi fost de neatins folosind doar propulsoare. În consecință, Pământul a primit un impuls opus și egal - deși acest lucru nu a avut niciun efect măsurabil din cauza masei Pământului.
Dar dacă am putea efectua un slingshot, folosind ceva mult mai masiv decât o navă spațială? Asteroizii pot fi cu siguranță redirecționați de Pământ, iar în timp ce efectul reciproc asupra orbitei Pământului va fi minuscul, această acțiune poate fi repetată de nenumărate ori pentru a obține în cele din urmă o schimbare considerabilă pe orbita Pământului.
Unele regiuni ale sistemului solar sunt dense, cu corpuri mici, cum ar fi asteroizi și comete, a căror masă este suficient de mică pentru a fi deplasată cu tehnologie realistă, dar totuși ordine de mărime mai mare decât ceea ce poate fi lansat realist de pe Pământ.
Cu un design precis al traiectoriei, este posibilă exploatarea așa-numitei „pârghii Δv” - un corp mic poate fi dezbrăcat de pe orbita sa și, ca urmare, să treacă peste Pământ, oferind un impuls mult mai mare planetei noastre. Acest lucru poate părea interesant, dar s-a estimat că am avea nevoie de un milion de astfel de pasaje apropiate de asteroizi, fiecare distanțată la aproximativ câteva mii de ani una de alta, pentru a ține pasul cu extinderea soarelui.
Verdictul
Dintre toate opțiunile disponibile, utilizarea mai multor slingshot-uri de asteroizi pare cea mai realizabilă în acest moment. Dar, în viitor, exploatarea luminii ar putea fi cheia - dacă vom învăța cum să construim structuri spațiale gigantice sau tablouri laser super-puternice. Acestea ar putea fi utilizate și pentru explorarea spațiului.
Dar, deși teoretic este posibil și poate fi într-o zi fezabilă din punct de vedere tehnic, ar putea fi mai ușor să ne mutăm speciile către vecinul nostru planetar de lângă, Marte, care poate supraviețui distrugerii soarelui. La urma urmei, am debarcat deja și ne-am plimbat de mai multe ori suprafața.
După ce am luat în considerare cât de provocator ar fi să mișcăm Pământul, colonizând Marte, făcând-o locuibilă și mutând populația Pământului acolo în timp, s-ar putea să nu pară la fel de dificil până la urmă.
Matteo Ceriotti, lector în domeniul ingineriei sistemelor spațiale, Universitatea din Glasgow
