Science-Fiction-Filme mit einem Millionenbudget sind nicht mehr nur Hollywood vorbehalten. Auch China hat sich auf diesen lukrativen Markt katapultiert. Der Start von The Wandering Earth, einem ehrgeizigen chinesischen Film, der mehr als zwei Stunden dauert und auf Netflix zu sehen ist, datiert auf Anfang 2019.

Die Geschichte knüpft ein wenig an die mythische Serie Space: 1999 an, in der der Mond nach einer katastrophalen Nuklearexplosion die Erdumlaufbahn verließ und sich in den Tiefen des Weltraums verirrte, um irgendwie auf der Route hypothetischer extrasolarer Planeten zu landen, die von unwahrscheinlichen außerirdischen Zivilisationen bewohnt werden.

In dem chinesischen Film verlässt nicht der Mond die Erdumlaufbahn, sondern die Erde selbst verlässt ihre Umlaufbahn um die Sonne. In dem Film beginnt die Sonne, sich gefährlich auszudehnen, und um ihrem tödlichen Griff zu entkommen, schlagen die Wissenschaftler vor, unseren Planeten in das mehr als vier Lichtjahre entfernte Alpha-Centauri-System zu verfrachten. Zu diesem Zweck geben alle Regierungen der Erde, berührt von plötzlicher Weisheit, die Macht an ein supranationales Gremium ab. Dieses Gremium beschließt den Bau einer Reihe von gigantischen Motoren entlang des Äquators, deren Aufgabe es sein wird, dem Planeten den nötigen Schub zu geben, um sich von der solaren Schwerkraft zu lösen und eine jahrhundertelange Reise in Richtung Alpha Centauri anzutreten.

Wir lassen die späteren Komplikationen der Handlung außen vor, bei denen die Erde Gefahr läuft, von der jovianischen Schwerkraft zerstört zu werden, und fragen uns, ob die Grundannahme des Films – die Erde aus ihrer Umlaufbahn um die Sonne zu bewegen – irgendwie machbar ist. Matteo Ceriotti, ein italienischer Luft- und Raumfahrtingenieur und Forscher an der School of Engineering der Universität Glasgow in Schottland, hat sich die gleiche Frage gestellt. Sehen wir uns die Antworten an, die Ceriotti gefunden hat, basierend auf den nicht vielen Methoden, die theoretisch hilfreich sind, um ein solches Unternehmen erfolgreich durchzuführen.

Es sollte jedoch klargestellt werden, dass die von Ceriotti analysierte Hypothese nicht genau der des Films entspricht: Die Erde nach Alpha Centauri zu „schicken“ ist eine Idee, die zu unplausibel klingt, um ernst genommen zu werden. Ceriotti hat in bescheidenerem Rahmen die Möglichkeit untersucht, den Planeten auf eine Umlaufbahn zu bringen, die 50 % weiter von der Sonne entfernt ist als die derzeitige. Die Frage, die es zu beantworten gilt, lautet im Wesentlichen: Ist es möglich, die Erdbahn zu vergrößern, bis sie ungefähr mit der des Mars zusammenfällt? Mal sehen.

Die grundlegendste Methode, die einem in den Sinn kommt, um einen Himmelskörper aus seiner Umlaufbahn zu bewegen, ist, es auf die harte Tour zu machen. In dem Film Armageddon aus dem Jahr 1998 wurden nukleare Sprengköpfe eingesetzt, um einen Asteroiden auf Kollisionskurs mit der Erde abzulenken oder, besser gesagt, zu zerschlagen. Um von der Science-Fiction zur Wissenschaft überzugehen, planen sowohl die NASA als auch die ESA Missionen, um einen kleinen Asteroiden mit Hilfe eines kinetischen Impaktors, d. h. eines Geschosses, leicht aus seiner Umlaufbahn abzulenken. Leider sind beide Methoden nicht praktikabel, wenn das Ziel darin besteht, die Umlaufbahn der Erde zu verändern. Die Masse unseres Planeten beträgt nämlich fast sechs Siebtillionen Kilogramm (5,97 × 10²⁴ kg, um genau zu sein). Sie ist so groß, dass jeder Sprengsatz oder kinetische Impaktor, der auf eine solche Masse abgestimmt ist, einen sehr unangenehmen Nebeneffekt hätte: die Zerstörung der Erde.

Glücklicherweise gibt es sanftere Methoden, um dieses Ziel zu erreichen. Zum Beispiel könnte der notwendige Impuls in eine große Anzahl aufeinanderfolgender kleinerer Stöße aufgeteilt werden. So etwas geschieht ja bereits bei jedem Weltraumstart. Der Schub, den eine Rakete durch ihre Triebwerke erhält, um sie aus der Atmosphäre zu befördern, ist ein Stoß gegen die Erde. Die Auswirkung auf die Erdumlaufbahn ist jedoch unmerklich, da die Leistung der Triebwerke einer einzelnen Rakete, selbst der größten, im Verhältnis zur Masse des Planeten vernachlässigbar ist. Ceriotti hat errechnet, dass 300 Milliarden Volllaststarts der Falcon Heavy von SpaceX nötig wären, um die Erdumlaufbahn um 50 % zu verbreitern. Leider müssten 85 % der Erdmasse an Materialien verbraucht werden, um eine ähnliche Flotte von Falcon Heavy zu bauen und zu versorgen, so dass in der neuen Umlaufbahn eine „verkümmerte“ Erde mit nur 15 % ihrer derzeitigen Masse zurückbleiben würde.

Eine bequemere Methode wäre die Verwendung von Ionentriebwerken, d. h. Motoren, die einen leichten Dauerschub erzeugen, indem sie Ionen (in der Regel Xenon-Ionen) verschießen, die durch ein elektrostatisches System beschleunigt werden. Diese Art von Triebwerken hat die Raumsonde Dawn bei ihrer außergewöhnlichen Mission zur Erkundung von Vesta und Ceres angetrieben. Um die Erde aus ihrer Umlaufbahn zu stoßen, müsste ein riesiges Ionentriebwerk gebaut und in 1.000 km Höhe platziert werden, damit es nicht in die Atmosphäre eindringt. Das Triebwerk sollte jedoch mit Hilfe von superresistenten Trägern fest mit der Erdoberfläche verbunden sein, um die Schubkraft auf den Planeten zu übertragen. Mit einem Ionentriebwerk, das in der Lage ist, einen kontinuierlichen Schub von 40 km / s in Richtung der Erdumlaufbahn zu erzeugen, müssten dann nur 13 % der Erdmasse in Ionentreibstoff umgewandelt werden, um die Umlaufbahn bis zur Entfernung des Mars zu erweitern. Es wären immer noch 87% der Erdmasse verfügbar …

Glücklicherweise gibt es auch billigere Antriebssysteme, die uns nicht zwingen würden, die Erdmasse zu verarmen. Licht zum Beispiel hat einen Impuls, obwohl es keine Masse hat. Daher ist es theoretisch möglich, starke Laser zur Schuberzeugung einzusetzen. Das Projekt Breakthrough Starshot basiert genau auf dieser Idee: an einigen Orten der Erde ein 100-GW-Laserkraftwerk zu errichten, das in der Lage ist, einen kollimierten Strahl zu erzeugen, der ein Sonnensegel, das in Richtung Proxima Centauri startet, auf einen erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Dank der Sonnenenergie zur Erzeugung der notwendigen Energie könnte ein solches Lasersystem auch zur Erzeugung eines kontinuierlichen Schubs verwendet werden, der die Erdumlaufbahn verändern könnte. Leider würde es selbst mit einem 100-GW-Laser drei Milliarden Milliarden Jahre dauern, einen konstanten Impuls abzufeuern, um die Erdbahn um 50 % zu verbreitern: Das ist eine Zeit, die acht Größenordnungen länger ist als die Zeit, die vom Urknall bis heute verging!

Es gibt auch eine alternative Möglichkeit, den Strahlungsdruck zu nutzen, d. h. die Kraft, die durch Licht ausgeübt wird, um die gleiche Bahnänderung in einer viel kürzeren Zeit zu erreichen. Das System besteht aus einem Sonnensegel, das in einer Umlaufbahn um die Erde „geparkt“ wird und so ausgerichtet ist, dass es die Sonnenstrahlung zur Erdoberfläche hin ablenkt. Einer Studie aus dem Jahr 2002 zufolge würden die vom Segel zur Erde reflektierten Photonen der Sonne den Massenschwerpunkt des Systems Erde/Segel verschieben und so die Umlaufbahn unseres Planeten mit der Zeit verändern. Leider bräuchte man, um die Erde auf die Umlaufbahn des Mars zu bringen, ein Sonnensegel mit einer Breite von 19 Erddurchmessern, also über 240.000 km! Im Vergleich zu der bisherigen Lösung, die auf dem Einsatz von Lasern beruht, wäre dies jedoch eine enorme Zeitersparnis. Mit einem so großen Sonnensegel würde es „nur“ 1 Milliarde Jahre dauern, um die Erde auf die Entfernung des Mars von der Sonne zu bringen.