A The Wandering Earth kínai tudományos fantasztikus filmben, amelyet a közelmúltban jelentettek meg a Netflix-en, az emberiség hatalmas tolóerőkkel megpróbálja megváltoztatni a Föld pályáját annak érdekében, hogy elkerülje a táguló napot - és megakadályozza a Jupiterrel való ütközést.
A forgatókönyv egyik nap valóra válhat. Öt milliárd év alatt a nap elfogy az üzemanyag és kiterjed, valószínűleg elárasztja a Földet. Közvetlenebb veszélyt jelent a globális felmelegedés apokalipszis. A Föld szélesebb pályára történő mozgatása megoldás lehet - és elméletileg ez is lehetséges.
De hogyan tudnánk továbblépni és mi a mérnöki kihívások? Az érv kedvéért tegyük fel, hogy a Föld jelenlegi pályájáról egy olyan pályára akarunk mozdulni, amely 50% -kal távolabb van a Naptól, hasonlóan a Marshoz ”.
Sok éven át kidolgoztunk olyan módszereket, amelyek segítségével a kis testek - aszteroidák - kikerülnek pályájukról, elsősorban a bolygónk megóvása érdekében. Egyesek egy impulzív és gyakran pusztító hatáson alapulnak: egy atomszikra az aszteroida közelében vagy annak felületén, vagy egy "kinetikus ütközésmérő", például egy űrhajó, amely nagy sebességgel ütközik az aszteroidával. A pusztító természetük miatt ezek egyértelműen nem alkalmazhatók a Földre.
Más technikák ehelyett egy nagyon szelíd, folyamatos, hosszú időn át tartó nyomást jelentenek, amelyet egy aszteroida felületére dokkolt vontatóhajó vagy annak közelében lebegő űrhajó biztosít (gravitációs vagy más módszerekkel történő áthatolás). De ez lehetetlen lenne a Föld számára, mivel tömege hatalmas még a legnagyobb aszteroidához képest.
Elektromos tolókarok
Valójában már elmozdítottuk a Földet a pályájáról. Minden alkalommal, amikor egy szonda elhagyja a Földet egy másik bolygóra, egy kis impulzust ad a Földnek az ellenkező irányba, hasonlóan a fegyver visszapillantásához. Szerencsére számunkra - de sajnos a Föld mozgatása céljából - ez a hatás hihetetlenül kicsi.
Az SpaceX Falcon Heavy manapság a legmegfelelőbb rakétája. 300 milliárd milliárd indításra lenne szükség teljes kapacitással, hogy elérjük a Mars irányát. Az összes ilyen rakétát alkotó anyag a Föld 85% -ának felelne meg, a Föld mindössze 15% -át hagyva a Mars pályán.
Az elektromos tolóerő sokkal hatékonyabb módszer a tömeg felgyorsítására - különös tekintettel az ionhajtásokra, amelyek úgy működnek, hogy kiürítik egy olyan töltött részecskék áramát, amelyek az edényt előre hajtják. Meg tudnánk mutatni és tüzet húzhatnánk egy elektromos tolókapcsolóval a Föld pályájának hátsó irányába.
A túlméretezett tolóerõnek 1000 kilométerre kell lennie a tengerszint feletti magasságtól, a Föld légkörén túl, de még mindig szilárdan rögzítve kell lennie a Földhez merev fénnyel, hogy továbbadja a tolóerõt. Ha az ionnyaláb másodpercenként 40 kilométerre halad helyes irányba, akkor a fennmaradó 87% mozgatásához továbbra is ki kell ürítenünk a Föld tömegének 13% -át ekvivalens ionokkal.
Könnyű vitorlázás
Mivel a fény lendületet ad, de nincs tömeg, akkor képesek leszünk folyamatosan fókuszált fénysugár, például egy lézer táplálására is. A szükséges energiát a nap gyűjti össze, és a föld tömegét nem fogyasztják el. Még ha a hatalmas, 100 GW-os lézerüzemet is felhasználnánk, amelyet a Breakthrough Starshot projekt tervezett, amelynek célja az űrhajók kilépése a Naprendszerből a szomszédos csillagok felfedezésére, továbbra is három milliárd milliárd éves folyamatos felhasználásra lenne szükség az orbitális változás eléréséhez.
De a fény közvetlenül a Napról a Földre is visszatükröződik, a Föld mellett elhelyezkedő napvitorla segítségével. A kutatók kimutatták, hogy egy milliárd éves időtartamon át az orbitális változás eléréséhez a Föld átmérőjénél 19-szer nagyobb fényvisszaverő korongra lenne szükség.
Bolygóközi biliárd
Két keringő test számára a közismert módszer a lendület cseréjére és a sebesség megváltoztatására egy közeli áthaladással vagy gravitációs csúszással. Az ilyen típusú manővert széles körben használják a bolygóközi szondák. Például a Rosetta űrhajó, amely 2014 és 2016 között a 67P üstökösre járt, a tízéves üstökös útja során kétszer, 2005-ben és 2007-ben haladt meg a Föld közelében.
Ennek eredményeként a Föld gravitációs tere jelentős felgyorsulást adott a Rosetta számára, amelyet kizárólag tolóerőkkel lehetett volna elérni. Következésképpen a Föld ellentétes és egyenlő impulzust kapott - bár ennek a Föld tömege miatt nem volt mérhető hatása.
De mi lenne, ha csúzli felvételeket végeznénk, ha valami sokkal masszívabb lenne, mint egy űrhajó? Az aszteroidákat a Föld természetesen átirányíthatja, és bár a kölcsönös hatás a Föld körüli pályára csekély lesz, ezt a műveletet többször megismételhetjük, hogy végül jelentős Föld körüli pályán változást érjünk el.
A Naprendszer egyes régiói sűrűek olyan kis testekkel, mint például aszteroidák és üstökösök, amelyek tömege elég kicsi ahhoz, hogy realisztikus technológiával mozgatható legyen, ám mégis nagyságrenddel nagyobb, mint amit a Földről valószerűen el lehet indítani.
A pontos pálya megtervezésével ki lehet használni az úgynevezett „Δv kihasználtságot” - egy kicsi test kiszorulhat pályájáról, és ennek eredményeként elhaladhat a Föld felett, és sokkal nagyobb lendületet adhat bolygónknak. Ez izgalmasnak tűnhet, de becslések szerint millióra lenne szükségünk olyan aszteroida közeli áthaladásra, amelyek mindegyike körülbelül néhány ezer év távolságra van, hogy lépést tudjunk tartani a nap tágulásával.
Az ítélet
A rendelkezésre álló lehetőségek közül a többszörös aszteroidahúzások használata tűnik a legmegfelelőbbnek. De a jövőben a fény kiaknázása lehet a kulcsa - ha megtanuljuk, hogyan lehet óriási űrszerkezeteket vagy szuperhatékony lézer-tömböket építeni. Ezeket fel lehet használni az űrkutatáshoz is.
De bár elméletileg lehetséges, és az egyik nap technikailag megvalósítható is lehet, valójában könnyebb költöztetni fajokat a szomszéd bolygónk szomszédjába, a Marsba, amely túlélheti a nap pusztulását. Végül is már többször leszálltunk és felszínt sétáltunk fel.
Miután megvizsgálta, milyen nehéz lenne a Föld mozgatása, a Mars feltelepítése, lakossá tétele és a Föld népességének időbeni mozgatása valószínűleg nem tűnik olyan nehéznek.
Matteo Ceriotti, az űrrendszermérnöki oktató, Glasgowi Egyetem
