V čínském sci-fi filmu Putující Země, který byl nedávno vydán na Netflixu, se lidstvo pokouší změnit orbitu Země pomocí obrovských raket, aby uniklo rozpínajícímu se slunci - a zabránilo kolizi s Jupiterem.
Scénář se může jednoho dne splnit. Za pět miliard let bude slunce vyčerpáno palivo a rozšíří se, s největší pravděpodobností pohltí Zemi. Okamžitější hrozbou je apokalypsa globálního oteplování. Řešením by mohlo být přesunutí Země na širší oběžnou dráhu - a to je teoreticky možné.
Ale jak bychom se k tomu dostali a jaké jsou technické výzvy? Pro argumenty předpokládejme, že usilujeme o přesun Země ze své současné oběžné dráhy na oběžné dráze o 50% dále od Slunce, podobně jako Mars '.
Mnoho let vymýšlíme techniky, jak pohybovat malými těly - asteroidy - z jejich orbity, hlavně proto, abychom chránili naši planetu před dopady. Některé jsou založeny na impulzivní a často destruktivní akci: jaderný výbuch blízko nebo na povrchu asteroidu nebo „kinetický impaktor“, například kosmická loď, která se s vysokou rychlostí střetává s asteroidem. Zjevně se nevztahují na Zemi kvůli jejich ničivé povaze.
Jiné techniky místo toho zahrnují velmi jemný, nepřetržitý tlak po dlouhou dobu, poskytovaný remorkérem zakotveným na povrchu asteroidu nebo kosmickou lodí, která se vznáší poblíž (tlačí gravitací nebo jinými metodami). To by však bylo pro Zemi nemožné, protože jeho hmotnost je obrovská ve srovnání s největšími asteroidy.
Elektrické pohony
Vlastně jsme již přesunuli Zemi z její oběžné dráhy. Pokaždé, když sonda opustí Zemi pro jinou planetu, udělí Zemi malý impuls v opačném směru, podobný zpětnému rázu zbraně. Naštěstí pro nás - ale bohužel za účelem pohybu Země - je tento efekt neuvěřitelně malý.
Falcon Heavy společnosti SpaceX je dnes nejschopnějším nosným vozidlem. Abychom dosáhli změny na oběžné dráze na Marsu, potřebovali bychom 300 miliónů vypuštěných raket. Materiál tvořící všechny tyto rakety by byl ekvivalentní 85% Země, takže na oběžné dráze Marsu zůstalo pouze 15% Země.
Elektrický rakev je mnohem účinnější způsob, jak zrychlit hmotu - zejména iontové pohony, které pracují vystřelením proudu nabitých částic, které pohánějí loď dopředu. Mohli bychom zaměřit a vystřelit elektrický pohon ve směru jízdy na oběžné dráze Země.
Přiměřená raketa by měla být 1 000 kilometrů nad hladinou moře, za atmosférou Země, ale stále pevně připevněna k Zemi pevným paprskem, aby vyslala tlačnou sílu. S iontovým paprskem vystřeleným rychlostí 40 kilometrů za sekundu správným směrem bychom stále museli vystřelit ekvivalent 13% hmotnosti Země v iontech, abychom přesunuli zbývajících 87%.
Plachtění na světle
Protože světlo nese hybnost, ale žádná hmotnost, můžeme být také schopni nepřetržitě napájet zaostřený světelný paprsek, jako je laser. Potřebná energie by byla získána ze slunce a žádná hmota Země by nebyla spotřebována. I při použití obrovské laserové elektrárny o výkonu 100 GW předpokládané projektem Průlomová hvězdashot, jehož cílem je vytlačit kosmickou loď ze sluneční soustavy, aby prozkoumala sousední hvězdy, by trvalo, než se dosáhne orbitální změny, trvaly tři miliardy miliard let.
Světlo lze ale také odrážet přímo od Slunce na Zemi pomocí sluneční plachty umístěné vedle Země. Vědci ukázali, že k dosažení orbitální změny v časovém měřítku jedné miliardy let bude potřebovat reflexní kotouč 19krát větší, než je průměr Země.
Meziplanetární kulečník
Známá technika pro oběžná tělesa pro výměnu hybnosti a změnu jejich rychlosti je s těsným průchodem nebo gravitačním prakem. Tento typ manévrování byl značně používán meziplanetárními sondami. Například kosmická loď Rosetta, která navštívila kometu 67P v letech 2014–2016, během své desetileté cesty na kometu prošla dvakrát v okolí Země, v letech 2005 a 2007.
V důsledku toho gravitační pole Země udělalo Rosettě značné zrychlení, které by bylo nedosažitelné pouze pomocí pohonů. V důsledku toho Země obdržela opačný a stejný impuls - ačkoliv to nemělo žádný měřitelný účinek kvůli hmotnosti Země.
Ale co kdybychom mohli provést prak, používající něco mnohem masivnějšího než kosmická loď? Asteroidy může Země určitě přesměrovat, a přestože vzájemný účinek na oběžné dráze Země bude malý, tato akce se může mnohokrát opakovat, aby se nakonec dosáhlo značné změny na oběžné dráze Země.
Některé oblasti sluneční soustavy jsou husté s malými těly, jako jsou asteroidy a komety, z nichž mnohé jsou dostatečně malé, aby se daly pohybovat realistickou technologií, ale pořád řádově větší než to, co lze realisticky vypustit ze Země.
S přesným designem trajektorie je možné využít tzv. „Pákový efekt vv“ - malé tělo může být vyrazeno ze své oběžné dráhy a v důsledku toho se může pohybovat kolem Země, což pro naši planetu poskytne mnohem větší impuls. To se může zdát vzrušující, ale odhaduje se, že budeme potřebovat milion takovýchto asteroidních blízkých průchodů, každý s odstupem asi několika tisíc let, abychom udrželi krok s expanzí Slunce.
Verdikt
Ze všech dostupných možností se zdá, že použití několika proužků asteroidů je v současnosti nejsnadnější. Ale v budoucnu může být klíčové využití světla - pokud se naučíme, jak budovat obří vesmírné struktury nebo super-výkonná laserová pole. Mohly by být také použity pro průzkum vesmíru.
Ale i když je to teoreticky možné a možná jednoho dne bude technicky proveditelné, mohlo by být ve skutečnosti snadnější přesunout náš druh k našemu planetárnímu sousedovi Marsovi, který může přežít zničení Slunce. Koneckonců jsme už několikrát přistáli a hladili jeho povrch.
Po zvážení toho, jak náročné by bylo přemístění Země, by kolonizace Marsu, díky němuž by bylo obyvatelné a pohybující se tamní populací Země v průběhu času, nemuselo nakonec přece jen znít tak obtížně.
Matteo Ceriotti, přednášející v oboru kosmických systémů, University of Glasgow
