Dalam filem fiksyen sains Cina, The Wandering Earth, baru-baru ini dikeluarkan di Netflix, percubaan manusia mengubah orbit Bumi dengan menggunakan tujahan besar untuk melepaskan matahari yang meluas - dan menghalang perlanggaran dengan Musytari.
Senario ini mungkin satu hari menjadi kenyataan. Dalam tempoh lima bilion tahun, matahari akan kehabisan bahan api dan berkembang, yang paling mungkin menenggelamkan Bumi. Ancaman yang lebih serta-merta adalah apocalypse pemanasan global. Menggerakkan Bumi ke orbit yang lebih luas boleh menjadi penyelesaian - dan mungkin dalam teori.
Tetapi bagaimana kita boleh melakukannya dan apakah cabaran kejuruteraan? Demi hujah, marilah kita mengandaikan bahawa kita berhasrat untuk memindahkan Bumi dari orbit semasa ke orbit 50% lebih jauh dari matahari, mirip dengan Mars '.
Kami telah merangka teknik untuk memindahkan badan kecil - asteroid - dari orbit mereka selama bertahun-tahun, terutamanya untuk melindungi planet kita dari kesan. Ada yang didasarkan pada aksi yang impulsif dan sering merosakkan: letupan nuklear berhampiran atau di permukaan asteroid, atau "penggerak kinetik", contohnya sebuah kapal angkasa bertabrakan dengan asteroid pada halaju tinggi. Ini jelas tidak boleh digunakan untuk Bumi kerana sifatnya yang merosakkan.
Teknik-teknik lain sebaliknya melibatkan dendam yang sangat lembut dan berterusan dalam jangka masa yang panjang, yang disediakan oleh kapal tunda yang berlabuh di permukaan asteroid, atau kapal angkasa yang melayang di dekatnya (menerusi graviti atau kaedah lain). Tetapi ini mustahil bagi Bumi kerana jisimnya adalah sangat besar berbanding dengan asteroid terbesar.
Thrusters elektrik
Kami sebenarnya telah memindahkan Bumi dari orbitnya. Setiap kali siasatan meninggalkan Bumi untuk planet lain, ia memberikan dorongan kecil ke Bumi dalam arah yang bertentangan, sama dengan pengambilan pistol. Nasib baik untuk kita - tetapi malangnya untuk tujuan menggerakkan Bumi - kesannya sangat kecil.
SpaceX's Falcon Heavy adalah kenderaan pelancaran yang paling mampu hari ini. Kami memerlukan 300 bilion bilion dilancarkan dengan kapasiti penuh untuk mencapai perubahan orbit ke Marikh. Bahan yang membuat semua roket ini bersamaan dengan 85% Bumi, meninggalkan hanya 15% Bumi di orbit Marikh.
Pemutus elektrik adalah cara yang lebih cekap untuk mempercepatkan jisim - pemacu ion tertentu, yang berfungsi dengan menembakkan aliran zarah terapung yang menggerakkan kapal ke hadapan. Kita dapat menunjuk dan melancarkan pengebom elektrik dalam arah yang mengorbit orbit Bumi.
Pembom besar yang besar itu haruslah 1,000 kilometer di atas paras laut, di luar atmosfer bumi, tetapi masih melekat padat dengan Bumi dengan pancaran tegar, untuk menghantar daya tolak. Dengan sinar ion yang dipancarkan pada 40 kilometer sesaat dalam arah yang betul, kita masih perlu mengeluarkan setara dengan 13% daripada massa Bumi dalam ion untuk memindahkan baki 87%.
Berlayar dengan cahaya
Seperti cahaya membawa momentum, tetapi tiada jisim, kita juga boleh terus memacu rasuk cahaya yang fokus, seperti laser. Kuasa yang diperlukan akan dikumpulkan dari matahari, dan tiada jisim Bumi akan digunakan. Malah menggunakan loji laser 100GW yang sangat besar yang dibayangkan oleh projek Breakthrough Starshot, yang bertujuan untuk menggerakkan kapal angkasa keluar dari sistem suria untuk menjelajah bintang jiran, ia masih memerlukan tiga bilion juta tahun penggunaan berterusan untuk mencapai perubahan orbit.
Tetapi cahaya juga dapat dilihat langsung dari matahari ke Bumi dengan menggunakan pelayaran solar yang ditempatkan di sebelah Bumi. Penyelidik telah menunjukkan bahawa ia memerlukan cakera reflektif 19 kali lebih besar daripada diameter bumi untuk mencapai perubahan orbital dalam skala masa satu bilion tahun.
Biliard antarplanet
Teknik yang terkenal untuk dua badan yang mengorbit untuk bertukar momentum dan mengubah halaju mereka dengan laluan yang rapat, atau katap graviti. Jenis manuver ini telah digunakan secara meluas oleh probe planet. Sebagai contoh, kapal angkasa Rosetta yang melawat komet 67P pada tahun 2014-2016, semasa perjalanan selama sepuluh tahun ke komet yang berlalu di sekitar bumi dua kali, pada tahun 2005 dan 2007.
Akibatnya, medan graviti Bumi memberikan percepatan yang besar kepada Rosetta, yang tidak dapat dicapai hanya menggunakan tujah. Akibatnya, bumi menerima impuls yang bertentangan dan sama - walaupun ini tidak mempunyai kesan yang boleh diukur kerana massa bumi.
Tetapi bagaimana jika kita boleh melakukan katapel, menggunakan sesuatu yang jauh lebih besar daripada kapal angkasa? Asteroid pasti dapat diarahkan oleh Bumi, dan sementara kesan bersama di orbit Bumi akan menjadi kecil, tindakan ini dapat diulang beberapa kali untuk akhirnya mencapai perubahan orbit Bumi yang besar.
Sesetengah wilayah sistem solar adalah padat dengan badan-badan kecil seperti asteroid dan komet, jisim yang kebanyakannya cukup kecil untuk dipindahkan dengan teknologi realistik, tetapi masih perintah magnitud yang lebih besar daripada apa yang dapat dirancangkan secara realistik dari Bumi.
Dengan reka bentuk trajektori yang tepat, adalah mungkin untuk mengeksploitasi apa yang dipanggil "Δv memanfaatkan" - sebuah badan kecil boleh ditarik keluar dari orbitnya dan sebagai hasilnya melangkah ke Bumi, memberikan dorongan yang lebih besar ke planet kita. Ini mungkin kelihatan menarik, tetapi telah dianggarkan bahawa kita memerlukan sejuta pas seperti asteroid yang hampir setiap jaraknya jarak beberapa ribu tahun, untuk bersaing dengan perkembangan matahari.
Keputusan itu
Daripada semua pilihan yang tersedia, menggunakan sebilangan asteroid slingshots kelihatan paling boleh dicapai sekarang. Tetapi pada masa akan datang, cahaya mengeksploitasi mungkin menjadi kunci - jika kita belajar bagaimana untuk membina struktur ruang gergasi atau susunan laser yang berkuasa tinggi. Ini juga boleh digunakan untuk penerokaan ruang angkasa.
Tetapi sementara itu secara teorinya mungkin, dan mungkin satu hari secara teknis boleh dilaksanakan, sebenarnya mungkin lebih mudah untuk memindahkan spesies kami ke tetangga sebelah planet kita, Mars, yang dapat bertahan dalam kehancuran matahari. Kami telah, selepas semua, telah mendarat dan mengetuk permukaannya beberapa kali.
Selepas menimbangkan bagaimana mencabarnya menggerakkan Bumi, menjajah Marikh, menjadikannya dihuni dan memindahkan penduduk Bumi di sana dari masa ke masa, mungkin tidak begitu sukar selepas semua.
Matteo Ceriotti, Pensyarah dalam bidang kejuruteraan sistem angkasa, Universiti Glasgow
