U kineskom znanstvenofantastičnom filmu '' Lutajuća zemlja '', nedavno objavljenom na Netflixu, čovječanstvo pokušava promijeniti Zemljinu orbitu koristeći ogromne potisnike kako bi se izbjeglo sunce koje se širi - i spriječilo sudar s Jupiterom.
Scenarij se jednog dana može ostvariti. U pet milijardi godina, suncu će ponestati goriva i proširiti se, najvjerojatnije zahvativši Zemlju. Neposrednija prijetnja je apokalipsa globalnog zagrijavanja. Prelazak Zemlje na širu orbitu moglo bi biti rješenje - a u teoriji je to moguće.
Ali kako bismo mogli to riješiti i koji su inženjerski izazovi? Za argument, pretpostavimo da namjeravamo pomaknuti Zemlju s njene trenutne orbite u 50% dalje od Sunca, slično Marsu.
Dugi niz godina osmišljavamo tehnike za pomicanje malih tijela - asteroida - iz njihove orbite, uglavnom radi zaštite našeg planeta od utjecaja. Neki se temelje na impulsivnom, a često i destruktivnom djelovanju: nuklearnoj eksploziji blizu ili na površini asteroida ili "kinetičkom udarcu", na primjer svemirskom brodu koji se sudara s asteroidom velikom brzinom. To očito nije primjenjivo na Zemlju zbog njihove destruktivne prirode.
Druge tehnike umjesto toga uključuju vrlo nježan, neprekidan pritisak tijekom dugog vremena, pod uvjetom da tegljač leži na površini asteroida ili svemirski brod koji lebdi u blizini (guranje putem gravitacije ili drugim metodama). Ali to bi bilo nemoguće za Zemlju jer je njena masa ogromna u usporedbi s čak i najvećim asteroidima.
Električni potisnici
Zapravo smo već pomicali Zemlju iz njene orbite. Svaki put kada sonda napusti Zemlju za drugi planet, ona daje mali impuls Zemlji u suprotnom smjeru, slično kao pucanje pištolja. Srećom za nas - ali nažalost u svrhu pomicanja Zemlje - ovaj je učinak nevjerojatno mali.
Falcon Heavy SpaceX-a danas je najsposobnije lansirno vozilo. Bilo bi nam potrebno 300 milijardi milijardi lansiranja u punom kapacitetu da bismo postigli promjenu orbite prema Marsu. Materijal koji čine sve ove rakete bi bio ekvivalentan 85% Zemlje, a samo 15% Zemlje bi ostavilo u Marbinoj orbiti.
Električni potisnik mnogo je učinkovitiji način ubrzavanja mase - naročito ionskih pogona, koji djeluju tako što ispaljuju struju nabijenih čestica koje pokreću brod prema naprijed. Mogli bismo usmjeriti i zapaliti električni potisnik u stražnjem smjeru Zemljine orbite.
Predimenzionirani potisnik trebao bi biti na 1000 kilometara nadmorske visine, izvan Zemljine atmosfere, ali još uvijek čvrsto pričvršćen na Zemlju krutim snopom, kako bi se prenosila potisna sila. S ionskom snopom ispaljenom brzinom od 40 kilometara u sekundi u pravom smjeru, i dalje bismo trebali izbaciti ekvivalent od 13% mase Zemlje u ionima da bismo premjestili preostalih 87%.
Jedrenje na svjetlu
Kao što svjetlost nosi zamah, ali nema mase, također ćemo moći kontinuirano napajati fokusiranu zraku svjetlosti, poput lasera. Potrebna snaga prikupljala bi se od sunca i ne bi se trošila nikakva zemaljska masa. Čak i korištenjem ogromne laserske elektrane od 100 GW predviđene projektom Breakthrough Starshot, čiji je cilj istjerati svemirske letjelice iz Sunčevog sustava za istraživanje susjednih zvijezda, trebati će tri milijarde godina kontinuiranog korištenja za postizanje promjena u orbiti.
Ali svjetlost se također može reflektirati izravno od sunca do Zemlje pomoću solarnog jedra smještenog pored Zemlje. Istraživači su pokazali da će joj trebati reflektirajući disk 19 puta veći od promjera Zemlje da bi se postigla promjena orbitala u vremenskom razmaku od milijardu godina.
Međplanetarni bilijar
Dobro poznata tehnika za dva orbita koja izmjenjuju zamah u tijelu i mijenjaju svoju brzinu s bliskim prolazom ili gravitacijskim praskom. Ovakav manevar intenzivno su koristile međuplanetarne sonde. Na primjer, svemirska letjelica Rosetta koja je posjetila komet 67P u razdoblju 2014-2016. Tijekom svog desetogodišnjeg putovanja kometom prošla je dva puta u blizini Zemlje, 2005. i 2007. godine.
Kao rezultat toga, gravitacijsko polje Zemlje donijelo je Rosetti značajno ubrzanje, što bi bilo nedostižno samo pomoću potisnika. Prema tome, Zemlja je dobila suprotan i jednak impuls - premda to nije imalo mjerljivog učinka zbog Zemljine mase.
Ali što ako bismo mogli izvesti praćku koristeći nešto mnogo masivnije od svemirskog broda? Asteroidi sigurno mogu preusmjeriti Zemlju, a iako će međusobni učinak na Zemljinu orbitu biti malen, ova se akcija može ponoviti više puta kako bi se na kraju postigla značajna promjena zemljine orbite.
Neke regije Sunčevog sustava guste su s malim tijelima kao što su asteroidi i kometi, čija je masa mnoga dovoljno mala da bi se mogla kretati realnom tehnologijom, no ipak je narednih veličina veća od onoga što se realno može pokrenuti sa Zemlje.
Preciznim dizajnom putanje moguće je iskoristiti takozvano "Δv leveraging" - malo tijelo može biti izbačeno iz svoje orbite i kao rezultat toga zaletjeti se pored Zemlje, pružajući mnogo veći impuls našem planetu. To može izgledati uzbudljivo, ali procijenjeno je da će nam trebati milijun takvih prolaza za asteroid, svaki udaljen oko nekoliko tisuća godina, kako bismo išli u korak sa sunčevim širenjem.
Presuda
Od svih raspoloživih opcija, čini se da je upotreba višestrukih asteroidnih pramenova trenutno najprihvatljivija. Ali u budućnosti bi eksploatacija svjetlosti mogla biti ključna - ako naučimo graditi ogromne svemirske strukture ili super-moćne laserske nizove. Oni bi se mogli koristiti i za istraživanje svemira.
No iako je to teoretski moguće, a jednog dana može biti tehnički izvedivo, zapravo bi bilo lakše premjestiti našu vrstu do našeg planetarnog susjeda, Marsa, koji može preživjeti sunčevo uništenje. Na kraju krajeva, već smo sletjeli na površinu i nekoliko puta je veslali po njoj.
Nakon razmatranja koliko bi bilo teško pomicati Zemlju, koloniziranje Marsa, čineći ga useljivim i preseliti Zemljino stanovništvo tamo tijekom vremena, možda ipak ne bi zvučalo tako teško.
Matteo Ceriotti, predavač u inženjerstvu svemirskih sustava, Sveučilište u Glasgowu
