В китайския научнофантастичен филм „Скитащата се земя“, наскоро излязъл на Netflix, човечеството се опитва да промени орбитата на Земята, използвайки огромни тласкачи, за да избяга от разширяващото се слънце - и да предотврати сблъсък с Юпитер.
Сценарият може един ден да се сбъдне. След пет милиарда години слънцето ще изчерпи горивото и ще се разшири, най-вероятно ще обхване Земята. По-непосредствена заплаха е апокалипсисът на глобалното затопляне. Преминаването на Земята към по-широка орбита би могло да бъде решение - а на теория е възможно.
Но как бихме могли да се справим с това и какви са инженерните предизвикателства? За да спорим, нека приемем, че се стремим да преместим Земята от нейната текуща орбита на орбита на 50% по-далеч от Слънцето, подобно на Марс '.
В продължение на много години ние разработваме техники за придвижване на малки тела - астероиди - от орбитата си, главно за да защитим нашата планета от въздействия. Някои от тях се основават на импулсивно и често разрушително действие: ядрен взрив близо до или върху повърхността на астероида или "кинетичен удар", например космически кораб, сблъскващ се с астероида с висока скорост. Те очевидно не са приложими за Земята поради своята разрушителна природа.
Вместо това други техники включват много нежно, непрекъснато натискане в продължение на дълго време, осигурено от буксир, прикачен на повърхността на астероида, или космически кораб, висящ близо до него (бутане чрез гравитация или други методи). Но това би било невъзможно за Земята, тъй като нейната маса е огромна в сравнение дори с най-големите астероиди.
Електрически дросели
Всъщност вече движим Земята от нейната орбита. Всеки път, когато сонда напусне Земята за друга планета, тя дава малък импулс към Земята в обратна посока, подобно на изстрелването на пистолет. За щастие за нас - но за съжаление с цел преместване на Земята - този ефект е невероятно малък.
Falcon Heavy на SpaceX е най-способният ракетен апарат днес. Ще имаме нужда от 300 милиарда изстрелвания с пълен капацитет, за да постигнем промяна на орбитата към Марс. Материалът, съставляващ всички тези ракети, би бил равен на 85% от Земята, оставяйки само 15% от Земята в орбита на Марс.
Електрическият тласък е много по-ефективен начин за ускоряване на масата - по-специално йонни задвижвания, които работят, като изстрелват поток от заредени частици, които задвижват съда напред. Бихме могли да насочим и задействаме електрически тяга в следната посока на орбитата на Земята.
Големият тласък трябва да се намира на 1000 километра над морското равнище, извън земната атмосфера, но все пак да е здраво прикрепен към Земята с твърд лъч, за да предаде натискащата сила. С йонна лъч, изстреляна с 40 километра в секунда в правилната посока, все пак ще трябва да изхвърлим еквивалента на 13% от масата на Земята в йони, за да преместим останалите 87%.
Плаване на светлина
Тъй като светлината носи инерция, но няма маса, може също така да можем да захранваме непрекъснато фокусиран светлинен лъч, като лазер. Необходимата мощност ще се събира от слънцето и няма да се изразходва никаква земна маса. Дори да се използва огромната лазерна инсталация с мощност 100 GW, предвидена от проекта Breakthrough Starshot, чиято цел е да изтласка космически кораби от Слънчевата система за изследване на съседни звезди, все пак ще са необходими три милиарда години продължителна употреба, за да се постигне промяна в орбитата.
Но светлината може да се отразява и директно от слънцето към Земята, като се използва слънчево платно, разположено до Земята. Изследователите са показали, че ще е необходим отразяващ диск, 19 пъти по-голям от диаметъра на Земята, за да се постигне промяна в орбиталите за период от един милиард години.
Междупланетен билярд
Добре известна техника за две орбитални тела за обмен на инерция и промяна на скоростта им е с близък проход или гравитационна прашка. Този тип маневри се използват широко от междупланетните сонди. Например космическият апарат Rosetta, който посети комета 67P през 2014-2016 г., по време на десетгодишното си пътуване до кометата премина в близост до Земята два пъти, през 2005 и 2007 г.
В резултат на това гравитационното поле на Земята придаде съществено ускорение на Rosetta, което би било непостижимо единствено с помощта на тласкачи. Следователно Земята получи обратен и равен импулс - макар това да няма никакъв измерим ефект поради земната маса.
Но какво да направим, ако успеем да направим прашка, използвайки нещо много по-масивно от космически кораб? Астероидите със сигурност могат да бъдат пренасочени от Земята и макар взаимният ефект върху земната орбита да е малък, това действие може да се повтори многократно, за да се постигне значителна промяна на орбитата на Земята.
Някои региони на Слънчевата система са плътни с малки тела като астероиди и комети, масата на много от които е достатъчно малка, за да бъде преместена с реалистична технология, но все пак с порядък по-голям от това, което може да бъде изстреляно реално от Земята.
С точен дизайн на траекторията е възможно да се използва т. Нар. "Δv leveraging" - малко тяло може да бъде изтласкано от орбитата си и в резултат на това да се извърти покрай Земята, осигурявайки много по-голям импулс на нашата планета. Това може да изглежда вълнуващо, но беше изчислено, че ще ни трябват милион такива астероидни близки проходи, всеки на разстояние около няколко хиляди години, за да бъдем в крак с разширяването на слънцето.
Присъдата
От всички налични опции използването на множество астероидни прашки изглежда най-постижимото в момента. Но в бъдеще експлоатацията на светлината може да бъде ключът - ако се научим как да изграждаме гигантски космически структури или супер мощни лазерни масиви. Те биха могли да се използват и за космически проучвания.
Но макар че това е теоретично възможно и един ден може да бъде технически осъществимо, всъщност може да е по-лесно да преместим нашия вид към нашия планетен съсед, Марс, който може да оцелее при унищожаването на слънцето. В края на краищата вече сме кацнали на няколко пъти и развихме повърхността му.
След като помисли колко трудно ще бъде да се премести Земята, колонизирането на Марс, правенето му обитаемо и преместването на населението на Земята там във времето, може в крайна сметка да не звучи толкова трудно.
Матео Чериоти, преподавател по инженерство на космически системи, Университета в Глазгоу
