Vandrende Jord:Raketforsker forklarer, hvordan vi kunne flytte vores planet

I den kinesiske science fiction-film The Wandering Earth, for nylig udgivet på Netflix, menneskeheden forsøger at ændre jordens kredsløb ved hjælp af enorme thrustere for at undslippe den ekspanderende sol – og forhindre en kollision med Jupiter.

Scenariet kan en dag gå i opfyldelse. Om fem milliarder år, solen løber tør for brændstof og udvider sig, højst sandsynligt opsluger Jorden. En mere umiddelbar trussel er en global opvarmningsapokalypse. At flytte Jorden til en bredere bane kunne være en løsning - og det er muligt i teorien.

Men hvordan kunne vi gribe det an, og hvad er de tekniske udfordringer? For argumentets skyld, lad os antage, at vi sigter mod at flytte Jorden fra sin nuværende bane til en bane 50% længere fra solen, ligner Mars.

Vi har udtænkt teknikker til at flytte små kroppe – asteroider – fra deres kredsløb i mange år, primært for at beskytte vores planet mod påvirkninger. Nogle er baseret på en impulsiv, og ofte ødelæggende, handling:en nuklear eksplosion nær eller på overfladen af ​​asteroiden, eller en "kinetisk impactor", for eksempel et rumfartøj, der kolliderer med asteroiden med høj hastighed. Disse er tydeligvis ikke anvendelige på Jorden på grund af deres destruktive natur.

Andre teknikker involverer i stedet en meget blid, kontinuerligt skub over lang tid, leveret af en slæbebåd, der ligger til kaj på overfladen af ​​asteroiden, eller et rumfartøj, der svæver i nærheden af ​​det (skubber gennem tyngdekraften eller andre metoder). Men dette ville være umuligt for Jorden, da dens masse er enorm sammenlignet med selv de største asteroider.

Elektriske thrustere

Vi har faktisk allerede flyttet Jorden fra dens bane. Hver gang en sonde forlader Jorden til en anden planet, det giver en lille impuls til Jorden i den modsatte retning, svarende til rekyl af en pistol. Heldigvis for os – men desværre med det formål at flytte Jorden – er denne effekt utrolig lille.

SpaceX's Falcon Heavy er den mest kapable løfteraket i dag. Vi ville have brug for 300 milliarder milliarder opsendelser med fuld kapacitet for at opnå baneændringen til Mars. Materialet, der udgør alle disse raketter, ville svare til 85% af Jorden, efterlader kun 15 % af Jorden i kredsløb om Mars.

En elektrisk thruster er en meget mere effektiv måde at accelerere masse på – især iondrev, som virker ved at fyre en strøm af ladede partikler ud, der driver fartøjet fremad. Vi kunne pege og affyre en elektrisk thruster i den slæbende retning af Jordens kredsløb.

Den overdimensionerede thruster skal være 1, 000 kilometer over havets overflade, ud over Jordens atmosfære, men stadig solidt knyttet til Jorden med en stiv stråle, at overføre skubbekraften. Med en ionstråle affyret med 40 kilometer i sekundet i den rigtige retning, vi ville stadig skulle udstøde, hvad der svarer til 13 % af Jordens masse i ioner for at flytte de resterende 87 %.

Sejler på lys

Når lys bærer momentum, men ingen masse, Vi er muligvis også i stand til kontinuerligt at drive en fokuseret lysstråle, såsom en laser. Den nødvendige strøm ville blive indsamlet fra solen, og ingen jordmasse ville blive forbrugt. Selv ved at bruge det enorme 100GW laseranlæg, der er forudset af Breakthrough Starshot-projektet, som har til formål at drive rumfartøjer ud af solsystemet for at udforske nabostjerner, det ville stadig tage tre milliarder milliarder års kontinuerlig brug at opnå baneændringen.

Men lys kan også reflekteres direkte fra solen til Jorden ved hjælp af et solsejl, der er stationeret ved siden af ​​Jorden. Forskere har vist, at det ville have brug for en reflekterende skive, der er 19 gange større end Jordens diameter, for at opnå orbitalændringen over en tidsskala på en milliard år.

Interplanetarisk billard

En velkendt teknik for to kredsende legemer til at udveksle momentum og ændre deres hastighed er med en tæt passage, eller gravitationsslynge. Denne type manøvre er blevet flittigt brugt af interplanetariske sonder. For eksempel, Rosetta-rumfartøjet, der besøgte kometen 67P i 2014-2016, i løbet af sin ti-årige rejse til kometen passerede i nærheden af ​​Jorden to gange, i 2005 og 2007.

Som resultat, Jordens tyngdefelt bidrog til en betydelig acceleration til Rosetta, hvilket ville have været uopnåeligt udelukkende ved brug af thrustere. Følgelig, Jorden modtog en modsat og lige impuls – selvom denne ikke havde nogen målbar effekt på grund af Jordens masse.

Men hvad nu hvis vi kunne udføre en slangebøsse, bruge noget meget mere massivt end et rumfartøj? Asteroider kan helt sikkert omdirigeres af Jorden, og mens den gensidige effekt på Jordens kredsløb vil være lille, denne handling kan gentages adskillige gange for i sidste ende at opnå en betydelig ændring af jordens kredsløb.

Nogle områder af solsystemet er tætte med små kroppe såsom asteroider og kometer, massen af ​​mange af dem er lille nok til at blive flyttet med realistisk teknologi, men stadig størrelsesordener større end hvad der realistisk kan opsendes fra Jorden.

Med nøjagtigt banedesign, det er muligt at udnytte den såkaldte "Δv-leveraging" – en lille krop kan skubbes ud af sin bane og som et resultat svinge forbi Jorden, giver en meget større impuls til vores planet. Det kan virke spændende, men det er blevet estimeret, at vi ville have brug for en million sådanne asteroide nærpas, hver med et par tusinde års mellemrum, at følge med solens udvidelse.

Dommen

Af alle de tilgængelige muligheder, at bruge flere asteroide slingshots synes det mest opnåelige lige nu. Men i fremtiden, at udnytte lys kan være nøglen – hvis vi lærer at bygge gigantiske rumstrukturer eller superkraftige laserarrays. Disse kan også bruges til udforskning af rummet.

Men selvom det er teoretisk muligt, og kan en dag være teknisk mulig, det kan faktisk være nemmere at flytte vores art til vores planetariske nabo, Mars, som kan overleve solens ødelæggelse. Vi har, trods alt, allerede landet på og rovet dens overflade flere gange.

Efter at have overvejet, hvor udfordrende det ville være at flytte Jorden, kolonisering af Mars, gør det beboeligt og flytter jordens befolkning derhen over tid, lyder måske ikke så svært alligevel.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.