È possibile cambiare l’orbita terrestre?
I film di fantascienza con un budget milionario non sono più appannaggio esclusivo di Hollywood. Anche la Cina si è catapultata in questo lucroso mercato. Risale all’inizio del 2019 il lancio di The Wandering Earth, ambizioso film cinese della durata di oltre due ore, visibile su Netflix.
La storia riprende un po’ quella della mitica serie Space: 1999, in cui la Luna abbandona l’orbita terrestre in seguito a una catastrofica esplosione nucleare, ritrovandosi a vagare nello spazio profondo, finendo in qualche modo sulla rotta di ipotetici pianeti extrasolari abitati da improbabili civiltà aliene.
Nel caso del film cinese, non è la Luna che lascia l’orbita della Terra, ma la Terra stessa che lascia la sua orbita intorno al Sole. Nella finzione cinematografica, il Sole comincia ad espandersi pericolosamente e, per sfuggire alla sua morsa mortale, gli scienziati propongono di spedire il nostro pianeta nel sistema di Alpha Centauri, a più di quattro anni luce di distanza. A questo scopo, tutti i governi della Terra, toccati da un’improvvisa saggezza, cedono il potere a un organismo sovranazionale. Questo organismo decide la costruzione di una serie di giganteschi motori situati lungo l’equatore, il cui compito sarà quello di dare al pianeta la spinta necessaria per staccarsi dalla gravità solare, per iniziare un viaggio lungo secoli verso Alpha Centauri.
Tralasciamo le successive complicazioni della trama, che vedono la Terra rischiare di essere distrutta dalla gravità gioviana, e chiediamoci se l’assunto di base del film – spostare la Terra dalla sua orbita intorno al Sole – sia in qualche modo realizzabile. Matteo Ceriotti, ingegnere aerospaziale italiano e ricercatore presso la School of Engineering dell’Università di Glasgow in Scozia, si è posto la stessa domanda. Vediamo le risposte che Ceriotti ha trovato, basandosi sui non molti metodi teoricamente utili per riuscire in una simile impresa.
Va precisato, però, che l’ipotesi analizzata da Ceriotti non è proprio quella del film: “mandare” la Terra su Alpha Centauri è un’idea che suona troppo implausibile per essere presa sul serio. Ceriotti, più modestamente, ha indagato la possibilità di spostare il pianeta su un’orbita del 50% più lontana dal Sole di quella attuale. La domanda a cui rispondere è essenzialmente questa: è possibile allargare l’orbita della Terra fino a farla coincidere grossomodo con quella di Marte? Vediamo.
Il metodo più elementare che mi viene in mente per spostare un corpo celeste dalla sua orbita è quello di farlo nel modo più difficile. Nel film Armageddon del 1998, le testate nucleari venivano usate per deviare o, più correttamente, per frantumare un asteroide in rotta di collisione con la Terra. Passando dalla fantascienza alla scienza, la NASA e l’ESA hanno entrambe in programma missioni per usare un impattatore cinetico, cioè un proiettile, per deviare leggermente un piccolo asteroide dalla sua orbita. Purtroppo, entrambi i metodi sarebbero impraticabili se l’obiettivo fosse quello di modificare l’orbita della Terra. La massa del nostro pianeta, infatti, è pari a quasi sei settilioni di chilogrammi (5,97 × 10²⁴ kg, per la precisione). È talmente grande che qualsiasi dispositivo esplosivo o impattatore cinetico calibrato su una tale massa finirebbe per avere un effetto collaterale molto spiacevole: quello di distruggere la Terra.
Per fortuna, esistono metodi più gentili per raggiungere questo obiettivo. Per esempio, l’impulso necessario potrebbe essere suddiviso in un numero enorme di piccole spinte consecutive. Qualcosa del genere avviene già ogni volta che avviene un lancio spaziale, dopo tutto. La spinta data ad un razzo dai suoi motori per lanciarlo oltre l’atmosfera è una spinta contro la Terra. Tuttavia, il suo effetto sul moto orbitale della Terra è impercettibile, perché la potenza dei motori di un singolo razzo, anche dei più grandi, è trascurabile rispetto alla massa del pianeta. Ceriotti ha calcolato che sarebbero necessari 300 miliardi di lanci a pieno carico del Falcon Heavy di SpaceX per modificare l’orbita terrestre fino ad allargarla del 50%. Purtroppo, l’85% della massa terrestre dovrebbe essere consumata in materiali per costruire e alimentare una simile flotta di Falcon Heavy, lasciando nella nuova orbita una Terra “avvizzita”, con appena il 15% della sua massa attuale.
Un metodo più conveniente sarebbe quello di utilizzare motori a ioni, cioè motori che creano una leggera spinta continua, sparando ioni (di solito ioni di xeno) accelerati grazie a un sistema elettrostatico. È il tipo di motore che ha alimentato la navicella Dawn nella sua straordinaria missione dedicata all’esplorazione di Vesta e Cerere. Per spingere la Terra fuori dalla sua orbita, un gigantesco motore a ioni dovrebbe essere costruito e collocato a 1.000 km di altitudine, per tenerlo fuori dall’atmosfera. Tuttavia, il motore dovrebbe essere saldamente collegato alla superficie terrestre utilizzando fasci super resistenti, per trasmettere la spinta al pianeta. Usando un motore a ioni capace di produrre una spinta continua di 40 km/s nella direzione del moto orbitale terrestre, sarebbe poi necessario trasformare in propellente ionico solo il 13% della massa terrestre, per allargare l’orbita fino alla distanza di Marte. Ci sarebbe ancora l’87% della massa terrestre disponibile…
Per fortuna, esistono anche sistemi di propulsione più economici, che non ci obbligherebbero a impoverire la massa terrestre. La luce, per esempio, ha una quantità di moto anche se non ha massa. Pertanto, è teoricamente possibile utilizzare potenti laser per generare spinta. Il progetto Breakthrough Starshot si basa proprio su questa idea: costruire in alcuni luoghi della Terra una centrale laser da 100 GW, capace di produrre un raggio collimato per accelerare fino a una frazione significativa della velocità della luce una vela solare lanciata verso Proxima Centauri. Grazie all’energia solare per generare la potenza necessaria, un tale sistema laser potrebbe anche essere utilizzato per produrre una spinta continua in grado di modificare l’orbita terrestre. Purtroppo, anche disponendo di un laser da 100 GW, ci vorrebbero tre miliardi di miliardi di anni sparando un impulso costante per allargare l’orbita terrestre del 50%: è un tempo di otto ordini di grandezza più lungo di quello passato dal Big Bang a oggi!
C’è anche un modo alternativo di utilizzare la pressione delle radiazioni, cioè la forza esercitata dalla luce, per ottenere la stessa modifica orbitale in un tempo molto più breve. Il sistema consiste nell’utilizzare una vela solare “parcheggiata” in orbita attorno alla Terra, orientata in modo da deviare la radiazione solare verso la superficie terrestre. Secondo uno studio del 2002, i fotoni del Sole riflessi dalla vela verso la Terra sposterebbero il centro di massa del sistema Terra/Vela, cambiando l’orbita del nostro pianeta nel tempo. Purtroppo, per spostare la Terra nell’orbita di Marte ci vorrebbe una vela solare con una larghezza di 19 diametri terrestri, cioè oltre 240.000 km! Tuttavia, si risparmierebbe molto tempo rispetto alla soluzione precedente basata sull’uso del laser. Con una vela solare così grande, basterebbe “solo” 1 miliardo di anni per spostare la Terra alla distanza di Marte dal Sole.