Στην κινεζική ταινία επιστημονικής φαντασίας The Wandering Earth, που κυκλοφόρησε πρόσφατα στο Netflix, η ανθρωπότητα προσπαθεί να αλλάξει την τροχιά της Γης χρησιμοποιώντας τεράστιους προωθητές για να ξεφύγει από τον εκτεινόμενο ήλιο - και να αποτρέψει μια σύγκρουση με τον Δία.
Το σενάριο μπορεί να γίνει πραγματικότητα μία μέρα. Σε πέντε δισεκατομμύρια χρόνια, ο ήλιος θα εξαντληθεί από τα καύσιμα και θα επεκταθεί, πιθανότατα να κατακλύσει τη Γη. Μια πιο άμεση απειλή είναι μια αποκάλυψη της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Η μετακίνηση της Γης σε μια ευρύτερη τροχιά θα μπορούσε να είναι μια λύση - και είναι δυνατόν θεωρητικά.
Αλλά πώς μπορούμε να το κάνουμε αυτό και ποιες είναι οι προκλήσεις της μηχανικής; Για λόγους επιχειρήματος, ας υποθέσουμε ότι στοχεύουμε να μετακινήσουμε τη Γη από την τρέχουσα τροχιά της σε μια τροχιά 50% περισσότερο από τον ήλιο, παρόμοια με τον Άρη.
Σχεδιάσαμε τεχνικές για να μεταφέρουμε μικρά σώματα - αστεροειδείς - από την τροχιά τους για πολλά χρόνια, κυρίως για να προστατεύσουμε τον πλανήτη μας από τις επιπτώσεις. Ορισμένοι βασίζονται σε μια παρορμητική και συχνά καταστροφική ενέργεια: μια πυρηνική έκρηξη κοντά στην επιφάνεια του αστεροειδούς ή ένα «κινητικό κρουστικό», για παράδειγμα ένα διαστημικό σκάφος που συγκρούεται με τον αστεροειδή σε υψηλή ταχύτητα. Αυτά σαφώς δεν ισχύουν για τη Γη εξαιτίας της καταστρεπτικής φύσης τους.
Άλλες τεχνικές αντιθέτως συνεπάγονται μια πολύ ήπια, συνεχή ώθηση για μεγάλο χρονικό διάστημα, που παρέχεται από ένα ρυμουλκό ελλιμενισμένο στην επιφάνεια του αστεροειδούς, ή ένα διαστημικό σκάφος που αιωρείται κοντά του (πιέζοντας μέσα από τη βαρύτητα ή άλλες μεθόδους). Αλλά αυτό θα ήταν αδύνατο για τη Γη καθώς η μάζα της είναι τεράστια σε σύγκριση με τους μεγαλύτερους αστεροειδείς.
Ηλεκτρικοί προωθητήρες
Έχουμε ήδη ήδη μετακινήσει τη Γη από την τροχιά της. Κάθε φορά που ένας καθετήρας εγκαταλείπει τη Γη για έναν άλλο πλανήτη, μεταδίδει μια μικρή ώθηση στη Γη προς την αντίθετη κατεύθυνση, παρόμοια με την ανάκρουση ενός όπλου. Ευτυχώς για εμάς - αλλά δυστυχώς για το σκοπό της μετακίνησης της Γης - αυτό το φαινόμενο είναι απίστευτα μικρό.
Το Falcon Heavy του SpaceX είναι το πιο ικανό όχημα εκτόξευσης σήμερα. Χρειαζόμαστε 300 δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δολάρια σε πλήρη δυναμικότητα για να επιτύχουμε την αλλαγή της τροχιάς στον Άρη. Το υλικό που συνθέτει όλες αυτές τις ρουκέτες θα ισοδυναμούσε με το 85% της Γης, αφήνοντας μόνο το 15% της Γης στην τροχιά του Άρη.
Ένας ηλεκτρικός προωθητήρας είναι ένας πολύ πιο αποτελεσματικός τρόπος επιτάχυνσης της μάζας - συγκεκριμένα οι ιόνιοι κινητήρες, οι οποίοι δουλεύουν εκτοξεύοντας ένα ρεύμα φορτισμένων σωματιδίων που προωθούν το σκάφος προς τα εμπρός. Θα μπορούσαμε να δείξουμε και να πυροδοτήσουμε έναν ηλεκτρικό προωθητή στην κατεύθυνση της τροχιάς της Γης.
Ο υπερτροφοδοτούμενος προωστικός μηχανισμός θα πρέπει να είναι 1.000 χιλιόμετρα πάνω από τη στάθμη της θάλασσας, πέρα από τη γήινη ατμόσφαιρα, αλλά ακόμα σταθερά προσαρτημένος στη Γη με μια άκαμπτη δοκό, για να μεταδώσει τη δύναμη ώθησης. Με μια δέσμη ιόντων που εκτοξεύθηκε στα 40 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο προς τη σωστή κατεύθυνση, θα χρειαζόταν ακόμα να εκτοξεύσουμε το ισοδύναμο του 13% της μάζας της Γης σε ιόντα για να μετακινήσουμε το υπόλοιπο 87%.
Ιστιοπλοΐα στο φως
Καθώς το φως μεταφέρει ταχύτητα, αλλά δεν υπάρχει μάζα, μπορεί επίσης να είμαστε σε θέση να τροφοδοτούμε συνεχώς μια εστιασμένη δέσμη φωτός, όπως ένα λέιζερ. Η απαιτούμενη ισχύς θα συλλέγεται από τον ήλιο και δεν θα καταναλώνεται καμία μάζα γης. Ακόμα και με τη χρήση του τεράστιου εργοστασίου λέιζερ των 100GW που σχεδιάστηκε από το έργο Breakthrough Starshot, το οποίο στοχεύει να προωθήσει το διαστημικό σκάφος από το ηλιακό σύστημα για να διερευνήσει τα γειτονικά αστέρια, θα χρειάζονταν συνεχώς τρία δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια χρόνια συνεχούς χρήσης για να επιτευχθεί η τροχιακή αλλαγή.
Αλλά το φως μπορεί επίσης να αντανακλάται απευθείας από τον ήλιο στη Γη χρησιμοποιώντας ένα ηλιακό ιστίο που βρίσκεται δίπλα στη Γη. Οι ερευνητές έχουν δείξει ότι θα χρειαστεί ένα ανακλαστικό δίσκο 19 φορές μεγαλύτερο από τη διάμετρο της Γης για να επιτύχει την τροχιακή αλλαγή σε ένα χρονοδιάγραμμα ενός δισεκατομμυρίου ετών.
Διαπλανητικό μπιλιάρδο
Μία πολύ γνωστή τεχνική για δύο τροχούς σώματα που ανταλλάσσουν την ορμή και αλλάζουν την ταχύτητά τους είναι με ένα στενό πέρασμα ή με βαρυτικό σφεντόνα. Αυτός ο τύπος ελιγμού έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς από τους διαπλανητικούς καθετήρες. Για παράδειγμα, το διαστημικό σκάφος Rosetta που επισκέφθηκε τον κομήτη 67P το 2014-2016, κατά τη διάρκεια του δεκαετούς ταξιδιού του στον κομήτη που πέρασε δύο φορές στη γειτονιά της Γης, το 2005 και το 2007.
Ως αποτέλεσμα, το πεδίο βαρύτητας της Γης προκάλεσε μια ουσιαστική επιτάχυνση στη Rosetta, η οποία θα ήταν ανέφικτη μόνο χρησιμοποιώντας προωθητές. Κατά συνέπεια, η Γη έλαβε μια αντίθετη και ίση ώθηση - αν και αυτό δεν είχε κανένα μετρήσιμο αποτέλεσμα λόγω της μάζας της Γης.
Αλλά τι θα μπορούσαμε να κάνουμε με μια σφεντόνα, χρησιμοποιώντας κάτι πολύ πιο μαζικό από ένα διαστημόπλοιο; Οι αστεροειδείς σίγουρα μπορούν να αναπροσανατολιστούν από τη Γη και ενώ η αμοιβαία επίδραση στην τροχιά της Γης θα είναι μικροσκοπική, αυτή η ενέργεια μπορεί να επαναληφθεί πολλές φορές για να επιτευχθεί τελικά μια σημαντική αλλαγή στην τροχιά της Γης.
Ορισμένες περιοχές του ηλιακού συστήματος είναι πυκνές με μικρά σώματα, όπως αστεροειδείς και κομήτες, η μάζα πολλών από τις οποίες είναι αρκετά μικρή για να μετακινηθεί με ρεαλιστική τεχνολογία, αλλά εξακολουθεί να έχει τάξεις μεγέθους μεγαλύτερες από ό, τι μπορεί να ξεκινήσει ρεαλιστικά από τη Γη.
Με τον ακριβή σχεδιασμό της τροχιάς, είναι δυνατό να εκμεταλλευτούμε τη λεγόμενη "Δv μόχλευση" - ένα μικρό σώμα μπορεί να βγαίνει από την τροχιά του και ως αποτέλεσμα να ταλαντεύεται πέρα από τη Γη, παρέχοντας μια πολύ μεγαλύτερη ώθηση στον πλανήτη μας. Αυτό μπορεί να φαίνεται συναρπαστικό, αλλά εκτιμάται ότι θα χρειαζόμασταν ένα εκατομμύριο τέτοιων στενών διαδρομών αστεροειδών, κάθε ένα από τα οποία απέχει περίπου μερικές χιλιάδες χρόνια, ώστε να συμβαδίζει με την επέκταση του ήλιου.
Η ετυμηγορία
Από όλες τις διαθέσιμες επιλογές, χρησιμοποιώντας τα πολλαπλάσια ασημένια σφεντόνα φαίνεται να είναι το πιο εφικτό αυτή τη στιγμή. Αλλά στο μέλλον, η εκμετάλλευση του φωτός μπορεί να είναι το κλειδί - αν μάθουμε πώς να οικοδομήσουμε γιγαντιαίες διαστημικές δομές ή υπερ-ισχυρές συστοιχίες λέιζερ. Αυτά θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για εξερεύνηση στο διάστημα.
Αλλά ενώ είναι θεωρητικά εφικτό και μια μέρα μπορεί να είναι τεχνικά εφικτό, θα μπορούσε να είναι ευκολότερο να μεταφερθεί το είδος μας στον πλανήτη μας γείτονα, τον Άρη, που μπορεί να επιβιώσει από την καταστροφή του ήλιου. Έχουμε, μετά από όλα, ήδη προσγειωθεί και roved επιφάνεια της αρκετές φορές.
Αφού εξετάσουμε πόσο προκλητική θα ήταν να μετακινήσουμε τη Γη, να αποικίσουμε τον Άρη, να τον κατοικήσουμε και να μετακινήσουμε εκεί τον πληθυσμό της Γης με την πάροδο του χρόνου, ίσως να μην ακούγεται πολύ δύσκολο.
Matteo Ceriotti, Λέκτορας μηχανικής διαστημικών συστημάτων, Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης
