Äskettäin Netflixissä julkaistussa kiinalaisessa scifi-elokuvassa The Wandering Earth, ihmiskunta yrittää muuttaa maapallon kiertorataa käyttämällä valtavia potkureita paetakseen laajenevasta auringosta - ja estääkseen törmäyksen Jupiterin kanssa.
Skenaario voi tulla jonain päivänä totta. Viiden miljardin vuoden aikana aurinko loppuu polttoaineesta ja laajenee, todennäköisesti imeen maata. Välittömämpi uhka on ilmaston lämpenemisen apokalypsi. Maan siirtäminen laajemmalle kiertoradalle voisi olla ratkaisu - ja se on teoriassa mahdollista.
Mutta miten voimme edetä siinä ja mitkä ovat tekniikan haasteet? Argumenteerin vuoksi oletetaan, että pyrimme siirtämään maapallon nykyiseltä kiertoradaltaan kiertoradalle, joka on 50% kauempana auringosta, samanlainen kuin Mars ”.
Olemme suunnitelleet tekniikoita pienten kappaleiden - asteroidien - siirtämiseksi kiertoradaltaan monien vuosien ajan, pääasiassa suojelemaan planeettamme iskuilta. Jotkut perustuvat impulsiiviseen ja usein tuhoavaan toimintaan: ydinräjähdys asteroidin lähellä tai sen pinnalla tai "kineettinen iskulaite", esimerkiksi avaruusalusta, joka törmää asteroidin kanssa suurella nopeudella. Niitä ei selvästi voida soveltaa maan päälle tuhoisan luonteensa vuoksi.
Sen sijaan muihin tekniikoihin sisältyy erittäin lempeä, jatkuva työntö pitkän ajan kuluessa, jonka aikaansaa asteroidin pintaan telakoitunut hinaaja tai sen lähellä leijuva avaruusalus (ajaa painovoiman läpi tai muilla menetelmillä). Mutta tämä olisi maapallolle mahdotonta, koska sen massa on valtava verrattuna jopa suurimpiin asteroideihin.
Sähköpotkurit
Olemme itse asiassa jo siirtäneet maata sen kiertoradalta. Aina kun koetin poistuu maasta toiselle planeetalle, se antaa maapallolle pienen impulssin vastakkaiseen suuntaan, samanlainen kuin aseen takaisinotto. Meille onneksi - mutta valitettavasti maan siirtämistä varten - tämä vaikutus on uskomattoman pieni.
SpaceX: n Falcon Heavy on nykyään tehokkain kantoraketti. Tarvitsemme 300 miljardia miljardia laukaisua täydellä kapasiteetilla saavuttaaksemme kiertoradan Marsiin. Materiaali, joka muodostaa kaikki nämä raketit, vastaa 85%: sta maapallosta, jättäen vain 15% maapallosta Marsin kiertoradalle.
Sähköpotkuri on paljon tehokkaampi tapa nopeuttaa massaa - etenkin ionikäyttöjä, jotka toimivat ampumalla ulos varautuneita hiukkasia, jotka ajavat astian eteenpäin. Voisimme osoittaa ja ampua sähköpotkurin maan kiertoradan loppusuuntaan.
Ylisuurten potkurien tulisi olla 1000 kilometriä merenpinnan yläpuolella, maan ilmakehän ulkopuolella, mutta silti kiinteästi kiinnitettyinä maahan jäykällä palkilla työntövoiman siirtämiseksi. Kun ionisäde laukaisee nopeudella 40 kilometriä sekunnissa oikeaan suuntaan, meidän on edelleen poistettava vastaava osuus 13%: sta maan massasta ioneissa jäljellä olevan 87%: n liikuttamiseksi.
Purjehdus kevyellä
Koska valo kuljettaa vauhtia, mutta ei massaa, voimme myös pystyä jatkuvasti syöttämään keskittynyttä valonsädettä, kuten laseria. Tarvittava voima kerätään auringosta eikä maapallon massaa kuluteta. Jopa käyttämällä Breakthrough Starshot -projektin suunnittelemaa valtavaa 100 GW: n laserlaitetta, jonka tavoitteena on ajaa avaruusalukset aurinkokunnan ulkopuolelle tutkimaan naapurimaiden tähtiä, kiertoradan muutoksen saavuttaminen vaatii silti kolme miljardia miljardia vuotta jatkuvaa käyttöä.
Mutta valo voidaan heijastaa myös suoraan auringosta maan päälle maapallon vieressä olevan aurinkopurun avulla. Tutkijat ovat osoittaneet, että tarvitsisi heijastavan levyn, joka on 19 kertaa suurempi kuin maapallon halkaisija, jotta kiertoradan muutos saavutetaan miljardin vuoden aikana.
Planeettavälinen biljardi
Tunnettu tekniikka kahdelle kiertoradalla liikkuvalle vaihdolle ja nopeuden muuttamiselle on sulkemalla kulku tai gravitaatio slingshot. Tällaista liikettä on käytetty laajasti planeettavälisissä koettimissa. Esimerkiksi komeetta 67P: llä vuosina 2014-2016 vieraillut Rosetta-avaruusalus, joka oli kymmenen vuoden matkansa komeetalla, kulki kaksi kertaa, vuosina 2005 ja 2007.
Seurauksena maapallon painovoimakenttä antoi Rosettalle huomattavan kiihtyvyyden, jota ei olisi voitu saavuttaa pelkästään työntövoiman avulla. Tämän seurauksena maapallo sai vastakkaisen ja samanlaisen impulssin - vaikka sillä ei ollut mitattavaa vaikutusta maan massasta johtuen.
Mutta entä jos voisimme suorittaa rintakuvan käyttämällä jotain paljon massiivista kuin avaruusalusta? Maapallo voi varmasti ohjata asteroideja, ja vaikka keskinäinen vaikutus Maan kiertoradalle on pieni, tämä toiminta voidaan toistaa useita kertoja, jotta lopulta saavutetaan huomattava maapallon kiertoradan muutos.
Jotkut aurinkokunnan alueet ovat tiheitä pienillä kappaleilla, kuten asteroideilla ja komeetoilla, joiden massa on riittävän pieni siirtääkseen realistisella tekniikalla, mutta silti suuruusluokkia suurempia kuin mitä voidaan realistisesti käynnistää Maasta.
Tarkalla radan suunnittelulla on mahdollista hyödyntää ns. Δv-vipuvaikutusta - pieni ruumis voidaan työntää pois kiertoradaltaan ja seurauksena heilua Maan ohi, antaen paljon suuremman impulssin planeetallemme. Tämä voi tuntua jännittävältä, mutta on arvioitu, että tarvitsemme miljoonan tällaisen asteroidin läheisen läpikulun, jokainen on erotettu muutaman tuhannen vuoden välein pysyäksemme auringon laajentumisen kanssa.
Tuomio
Kaikista käytettävissä olevista vaihtoehdoista useiden asteroidi-slingshotien käyttäminen näyttää parhaiten tällä hetkellä saavutettavissa. Mutta tulevaisuudessa valon hyödyntäminen voi olla avain - jos opimme rakentamaan jättiläisiä avaruusrakenteita tai supervoimia laserryhmiä. Niitä voitaisiin käyttää myös avaruustutkimukseen.
Mutta vaikka se on teoriassa mahdollista ja voi olla jonain päivänä teknisesti toteutettavissa, saattaa olla, että lajien siirtäminen viereisen planeetta-naapurimme Marsiin saattaa olla helpompaa, mikä saattaa selviytyä auringon tuhoamisesta. Loppujen lopuksi olemme jo laskeutuneet päälle ja kiertäneet sen pintaa useita kertoja.
Kun olet harkinnut, kuinka haastavaa olisi Maan siirtäminen, siirtämällä Mars, muuttamalla siitä asuttava ja siirtämällä maapallon väestö ajan myötä, se ei ehkä kuulosta niin vaikealta.
Matteo Ceriotti, avaruusjärjestelmien suunnittelun lehtori, Glasgow'n yliopisto
