Vo filme Čínska sci-fi, Putovanie po Zemi, ktorý bol nedávno prepustený na Netflix, sa ľudstvo pokúša zmeniť obežnú dráhu Zeme pomocou obrovských tryskacích zariadení, aby uniklo rozširujúcemu sa slnku - a zabránilo kolízii s Jupiterom.
Scenár sa môže jedného dňa splniť. Za päť miliárd rokov sa slnku vyčerpá palivo a rozšíri sa, pravdepodobne pohltí Zem. Okamžitejšou hrozbou je apokalypsa globálneho otepľovania. Riešením by mohlo byť presunutie Zeme na širšiu obežnú dráhu - a to je teoreticky možné.
Ako by sme to však mohli vyriešiť a aké sú technické výzvy? Z dôvodu argumentov predpokladajme, že sa snažíme posunúť Zem z jej súčasnej obežnej dráhy na obežnú dráhu vzdialenú 50% od Slnka, podobne ako na Marse. “
Už mnoho rokov vymýšľame techniky na presun malých telies - asteroidov - z ich obežnej dráhy, najmä na ochranu našej planéty pred nárazmi. Niektoré sú založené na impulzívnom a často deštruktívnom pôsobení: jadrový výbuch blízko alebo na povrchu asteroidu alebo „kinetický nárazový faktor“, napríklad kozmická loď, ktorá sa s asteroidom zráža vysokou rýchlosťou. Tieto sa zjavne nevzťahujú na Zem kvôli ich deštruktívnej povahe.
Iné techniky namiesto toho zahŕňajú veľmi jemný, nepretržitý tlak po dlhú dobu, ktorý poskytuje remorkér zakotvený na povrchu asteroidu alebo kozmická loď vznášajúca sa blízko neho (tlačenie gravitáciou alebo inými metódami). Pre Zem by to však nebolo možné, pretože jej hmotnosť je v porovnaní s najväčšími asteroidmi obrovská.
Elektrické trysky
Skutočne sme už pohybovali Zemou z jej obežnej dráhy. Zakaždým, keď sonda opustí Zem pre inú planétu, vydá na Zem malý impulz opačným smerom, podobne ako spätný ráz zbrane. Našťastie pre nás - ale nanešťastie za účelom pohybu Zeme - je tento efekt neuveriteľne malý.
Falcon Heavy od spoločnosti SpaceX je dnes najschopnejším nosným prostriedkom. Na dosiahnutie zmeny obežnej dráhy na Marse by sme potrebovali 300 miliárd spustení pri plnej kapacite. Materiál tvoriaci všetky tieto rakety by bol ekvivalentný 85% Zeme, pričom na obežnej dráhe Marsu by zostalo len 15% Zeme.
Elektrický pohon je oveľa efektívnejší spôsob na urýchlenie hmoty - najmä iónové pohony, ktoré fungujú tak, že vyhodia prúd nabitých častíc, ktoré poháňajú plavidlo vpred. Mohli by sme namieriť a vystreľovať elektrický pohon v koncovom smere na zemskej obežnej dráhe.
Predimenzovaná raketa by mala byť 1 000 kilometrov nad morom nad atmosférou Zeme, ale stále pevne pripojená k Zemi pevným lúčom, aby prenášala tlačnú silu. Ak by iónový lúč vystrelil rýchlosťou 40 kilometrov za sekundu správnym smerom, museli by sme ešte vysunúť ekvivalent 13% hmotnosti Zeme v iónoch, aby sme posunuli zvyšných 87%.
Plachtenie na svetle
Keďže svetlo nesie hybnosť, ale žiadna hmota, môžeme byť schopní nepretržite napájať aj zaostrený svetelný lúč, napríklad laser. Potrebná energia by sa zhromažďovala zo slnka a nespotrebovala by sa žiadna hmota Zeme. Aj keby sa použila obrovská laserová elektráreň s výkonom 100 GW predpokladaná v projekte Breakthrough Starshot, ktorého cieľom je vytlačiť kozmickú loď zo slnečnej sústavy na skúmanie susedných hviezd, trvalo by trvať tri miliardy miliárd rokov nepretržitého používania na dosiahnutie orbitálnej zmeny.
Svetlo sa však môže odrážať aj priamo od Slnka na Zem pomocou slnečnej plachty umiestnenej vedľa Zeme. Vedci preukázali, že na dosiahnutie orbitálnej zmeny v časovom horizonte jednej miliardy rokov bude potrebovať reflexný disk 19-krát väčší ako je priemer Zeme.
Medziplanetárny biliard
Známym spôsobom výmeny oboch hybných telies na zmenu hybnosti a zmeny ich rýchlosti je úzky priechod alebo gravitačný prak. Tento typ manévru sa vo veľkej miere používa v medziplanetárnych sondách. Napríklad kozmická loď Rosetta, ktorá navštívila kométu 67P v rokoch 2014 - 2016, počas svojej desaťročnej cesty na kométu prešla v rokoch 2005 a 2007 v blízkosti Zeme dvakrát.
V dôsledku toho gravitačné pole Zeme prinieslo Rosette výrazné zrýchlenie, ktoré by bolo nedosiahnuteľné iba pomocou pohonných jednotiek. V dôsledku toho Zem dostala opačný a rovnaký impulz - hoci to nemalo žiadny merateľný účinok v dôsledku hmotnosti Zeme.
Ale čo keby sme mohli vykonať prak, pomocou niečoho oveľa viac masívneho ako kozmická loď? Asteroidy môžu byť Zemou určite presmerované a hoci vzájomný účinok na obežnej dráhe Zeme bude malý, táto akcia sa môže mnohokrát opakovať, aby sa nakoniec dosiahla značná zmena na obežnej dráhe Zeme.
Niektoré oblasti slnečnej sústavy sú husté s malými telieskami, ako sú asteroidy a kométy, ktorých množstvo je dosť malé na to, aby sa dalo pohybovať realistickou technológiou, ale stále sú rády väčšie, ako je to, čo sa dá reálne spustiť zo Zeme.
Pri presnom návrhu trajektórie je možné využiť tzv. Pákový efekt Δv - malé telo môže byť vyrazené z jeho obežnej dráhy a v dôsledku toho sa môže pohybovať okolo Zeme, čo poskytuje oveľa väčší impulz pre našu planétu. Môže sa to zdať vzrušujúce, ale odhaduje sa, že potrebujeme milión takýchto asteroidových blízkych prechodov, z ktorých každý bude vzdialený asi niekoľko tisíc rokov, aby sme udržali krok s expanziou slnka.
Rozsudok
Zo všetkých dostupných možností sa zdá, že použitie viacerých prakov asteroidov sa v súčasnosti dá dosiahnuť najviac. Ale v budúcnosti môže byť kľúčové využitie explodujúceho svetla - ak sa naučíme, ako budovať obrie vesmírne štruktúry alebo super výkonné laserové polia. Tieto by sa mohli použiť aj na prieskum vesmíru.
Ale aj keď je to teoreticky možné a možno jedného dňa bude technicky možné, mohlo by byť v skutočnosti jednoduchšie presunúť náš druh k nášmu planetárnemu susedovi Marsovi, ktorý môže prežiť zničenie slnka. Koniec koncov, už sme niekoľkokrát pristáli a hladili jeho povrch.
Po zvážení toho, aké náročné by bolo premiestnenie Zeme, kolonizácia Marsu, čím by sa stal obývateľným a pohybovala sa tam v priebehu času populáciou Zeme, nemusí znieť tak zložito.
Matteo Ceriotti, odborný asistent v oblasti vesmírnych systémov, University of Glasgow
