V kitajskem znanstvenofantastičnem filmu Potujoča se zemlja, ki je bil nedavno objavljen na Netflixu, poskuša človeštvo spremeniti Zemljino orbito s pomočjo ogromnih potisnikov, da bi se izognili naraščajočemu soncu - in preprečili trk z Jupitrom.
Scenarij se lahko nekega dne uresniči. V petih milijardah letih bo soncu zmanjkalo goriva in se razširilo, najverjetneje bo zajelo Zemljo. Neposredna grožnja je apokalipsa globalnega segrevanja. Premik Zemlje na širšo orbito bi lahko bil rešitev - in v teoriji je to mogoče.
Toda kako bi se lotili tega in kakšni so inženirski izzivi? Zaradi argumentacije predpostavimo, da si prizadevamo Zemljo premakniti iz njene trenutne orbite v orbito 50% naprej od sonca, podobno kot Mars.
Dolga leta načrtujemo tehnike premikanja majhnih teles - asteroidov - iz svoje orbite, predvsem za zaščito našega planeta pred udarci. Nekateri temeljijo na impulzivnem in pogosto uničujočem ukrepanju: jedrskem pihu blizu ali na površini asteroida ali "kinetičnemu udarcu", na primer vesoljskem plovilu, ki trči z asteroidom z veliko hitrostjo. Ti očitno niso uporabni za Zemljo zaradi svoje destruktivne narave.
Druge tehnike namesto tega vključujejo zelo nežno, neprekinjeno potiskanje v daljšem času, ki ga izvaja vlečni čoln, zasidran na površini asteroida, ali vesoljsko plovilo, ki lebdi v bližini (potisk s pomočjo gravitacije ali drugih metod). Toda to bi bilo za Zemljo nemogoče, saj je njegova masa ogromna v primerjavi s celo največjimi asteroidi.
Električni potisniki
Zemljo smo dejansko že premikali iz njene orbite. Vsakič, ko sonda zapusti Zemljo za drug planet, ji daje majhen impulz na Zemljo v nasprotni smeri, podobno kot puško pištole. Na srečo za nas - vendar žal zaradi premikanja Zemlje - je ta učinek neverjetno majhen.
Falcon Heavy SpaceX-a je danes najbolj sposobno lansirno vozilo. Za dosego spremembe orbite do Marsa bi potrebovali 300 milijard milijard izstrelkov s polno zmogljivostjo. Snov, ki sestavlja vse te rakete, bi bila enakovredna 85% Zemlje, le 15% Zemlje pa bi ostalo v orbiti Marsa.
Električni potisnik je veliko učinkovitejši način za pospešitev mase - zlasti ionski pogoni, ki delujejo tako, da sprožijo tok nabitih delcev, ki plovilo poganja naprej. Lahko bi usmerili in sprožili električni potisnik v zadnji smeri Zemljine orbite.
Predimenzioniran potisk bi moral biti na 1000 kilometrov nadmorske višine, zunaj Zemljine atmosfere, vendar še vedno trdno pritrjen na Zemljo s togim snopom, da bi prenašal potisno silo. Z ionskim žarkom, ki izstreli 40 kilometrov na sekundo v pravo smer, bi še vedno morali izvreči enakovredno 13% mase Zemlje v ionih, da bi premaknili preostalih 87%.
Jadranje na svetlobi
Ker svetloba nosi zagon, vendar nima nobene mase, bomo morda lahko tudi nenehno napajali usmerjen svetlobni žarek, kot je laser. Potrebna moč bi se zbrala od sonca in ne bi porabila nobene Zemljine mase. Tudi če uporabimo ogromno lasersko napravo z močjo 100 GW, ki jo predvideva projekt Breakthrough Starshot, katere cilj je izstreliti vesoljska plovila iz osončja za raziskovanje sosednjih zvezd, bi še vedno potrebovali tri milijarde milijard let neprekinjene uporabe, da bi dosegli spremembo orbite.
Toda svetloba se lahko odbija tudi od sonca do Zemlje s pomočjo sončnega jadra, nameščenega poleg Zemlje. Raziskovalci so pokazali, da bi za dosego orbitalne spremembe v časovni skali v višini milijarde let potrebovali odsevni disk, ki je 19-krat večji od premera Zemlje.
Medplanetarni biljard
Dobro znana tehnika, da dva orbitela izmenjujeta zagon in spreminjata svojo hitrost, je s tesnim prehodom ali gravitacijskim pragom. Tovrstni manevri so zelo uporabljali medplanetarne sonde. Na primer, vesoljsko plovilo Rosetta, ki je v letih 2014–2016 obiskalo komet 67P, je med svojim desetletnim potovanjem do kometa v okolici Zemlje minilo dvakrat, v letih 2005 in 2007.
Posledično je gravitacijsko polje Zemlje Rosetti dalo velik pospešek, kar bi bilo nedosegljivo samo z uporabo potisnikov. Posledično je Zemlja dobila nasproten in enak impulz - čeprav to zaradi Zemljine mase ni imelo merljivega učinka.
Kaj pa, če bi lahko izvedli pračo in uporabili nekaj veliko bolj masivnega od vesoljskega plovila? Asteroide lahko zagotovo Zemlja preusmeri, in čeprav bo medsebojni vpliv na Zemljino orbito majhen, se lahko to dejanje večkrat ponovi, da se na koncu doseže precejšnja sprememba Zemljine orbite.
Nekatere regije osončja so gosto z majhnimi telesi, kot so asteroidi in kometi, katerih masa je dovolj majhna, da se je mogoče premikati z realistično tehnologijo, vendar še vedno na velikost večja od tiste, ki jo je mogoče realno izstreliti z Zemlje.
Z natančno zasnovo poti je mogoče izkoristiti tako imenovano "Δv vzvod" - majhno telo je mogoče izvleči iz svoje orbite in se tako zavihteti mimo Zemlje, kar daje našemu planetu veliko večji impulz. To se morda zdi vznemirljivo, vendar je bilo ocenjeno, da bomo potrebovali milijon takih bližnjih prehodov za asteroid, od katerih je vsak oddaljen približno nekaj tisoč let, da bomo lahko spremljali širitev sonca.
Razsodba
Od vseh možnosti, ki so na voljo, se zdi, da je uporaba več posnetkov asteroidov trenutno najbolj dosegljiva. V prihodnosti pa je morda ključno izkoriščanje svetlobe - če se naučimo graditi velikanske vesoljske strukture ali super-močne laserske matrike. Te bi se lahko uporabljale tudi za raziskovanje vesolja.
Toda čeprav je to teoretično mogoče in bo morda nekega dne tehnično izvedljivo, bi bilo dejansko lažje premakniti našo vrsto do našega planetarnega soseda Marsa, ki bo morda preživel sončno uničenje. Konec koncev smo že večkrat pristali in ropotali po njegovi površini.
Po premisleku, kako zahtevno bi bilo premikati Zemljo, koloniziranje Marsa, njegovo bivanje in preselitev Zemljevega prebivalstva tja skozi čas, navsezadnje morda ne bo videti tako težko.
Matteo Ceriotti, predavatelj inženiringa vesoljskih sistemov, Univerza v Glasgowu
