Filmy science fiction z milionowym budżetem nie są już wyłączną domeną Hollywood. Chiny katapultowały się na ten lukratywny rynek również. Premiera The Wandering Earth, ambitnego chińskiego filmu trwającego ponad dwie godziny, widocznego na Netflixie, datowana jest na początek 2019 r.

Historia podejmuje trochę tę z mitycznej serii Space: 1999, w której Księżyc porzucił orbitę Ziemi po katastrofalnym wybuchu jądrowym, znajdując się w wędrówce w głębokiej przestrzeni, kończąc się jakoś na trasie hipotetycznych planet pozasłonecznych zamieszkanych przez nieprawdopodobne obce cywilizacje.

W przypadku chińskiego filmu, to nie Księżyc opuszcza orbitę Ziemi, ale sama Ziemia opuszcza swoją orbitę wokół Słońca. W filmowej fikcji Słońce zaczęło się niebezpiecznie rozszerzać i aby uciec z jego śmiertelnego uścisku, naukowcy proponują wysłanie naszej planety do systemu Alfa Centauri, oddalonego o ponad cztery lata świetlne. W tym celu wszystkie rządy na Ziemi, dotknięte nagłą mądrością, oddają władzę w ręce ponadnarodowego organu. Organizm ten decyduje o budowie serii gigantycznych silników rozmieszczonych wzdłuż równika, których zadaniem będzie nadanie planecie ciągu niezbędnego do wyrwania się ze słonecznej grawitacji, by rozpocząć wielowiekową podróż w kierunku Alfy Centauri.

Pomijamy kolejne komplikacje fabularne, w których Ziemi grozi zniszczenie przez jowiańską grawitację, i zadajmy sobie pytanie, czy podstawowe założenie filmu – przeniesienie Ziemi z jej orbity wokół Słońca – jest w jakiś sposób wykonalne. To samo pytanie zadał sobie Matteo Ceriotti, włoski inżynier lotnictwa i kosmonautyki, pracownik naukowy School of Engineering Uniwersytetu w Glasgow w Szkocji. Zobaczmy, jakie odpowiedzi znalazł Ceriotti, opierając się na niezbyt licznych metodach teoretycznie pomocnych w osiągnięciu sukcesu w takim przedsięwzięciu.

Należy jednak wyjaśnić, że hipoteza analizowana przez Ceriottiego nie jest dokładnie taka, jak w filmie: „wysłanie” Ziemi do Alfa Centauri to pomysł, który brzmi zbyt nieprawdopodobnie, by traktować go poważnie. Ceriotti, bardziej skromnie, zbadał możliwość przeniesienia planety na orbitę znajdującą się o 50% dalej od Słońca niż obecna. Pytanie, na które należy odpowiedzieć, jest zasadniczo następujące: czy możliwe jest powiększenie orbity Ziemi tak, aby pokrywała się ona z orbitą Marsa? Zobaczmy.

Najbardziej podstawową metodą, która przychodzi na myśl, aby przenieść ciało niebieskie z jego orbity, jest zrobienie tego w trudny sposób. W filmie Armageddon z 1998 roku, głowice nuklearne zostały użyte do odbicia lub, bardziej poprawnie, do rozbicia asteroidy na kursie kolizyjnym z Ziemią. Przechodząc od science fiction do nauki, zarówno NASA, jak i ESA mają w planach misje, których celem jest użycie impaktora kinetycznego, czyli pocisku, do lekkiego odchylenia małej asteroidy od jej orbity. Niestety, obie metody byłyby niepraktyczne, gdyby celem była modyfikacja orbity Ziemi. Masa naszej planety wynosi bowiem prawie sześć septilionów kilogramów (dokładnie 5,97 × 10²⁴ kg). Jest ona tak duża, że każdy ładunek wybuchowy lub impaktor kinetyczny skalibrowany na taką masę miałby bardzo nieprzyjemny efekt uboczny: zniszczenie Ziemi.

Na szczęście istnieją łagodniejsze metody osiągnięcia tego celu. Na przykład, niezbędny impet mógłby zostać podzielony na ogromną liczbę następujących po sobie mniejszych pchnięć. Coś takiego ma wszakże miejsce już za każdym razem kiedy następuje start kosmiczny. Impuls nadawany rakiecie przez jej silniki w celu wystrzelenia jej poza atmosferę jest pchnięciem w kierunku Ziemi. Jego wpływ na ruch orbitalny Ziemi jest jednak niezauważalny, ponieważ moc silników pojedynczej rakiety, nawet największej, jest znikoma w stosunku do masy naszej planety. Ceriotti obliczył, że aby zmodyfikować orbitę Ziemi tak, by poszerzyć ją o 50%, potrzeba 300 miliardów startów rakiety Falcon Heavy firmy SpaceX z pełnym ładunkiem. Niestety, 85% masy Ziemi musiałoby zostać zużyte w materiałach do budowy i wyżywienia podobnej floty Falconów Heavy, pozostawiając na nowej orbicie „uschniętą” Ziemię, o zaledwie 15% jej obecnej masy.

Wygodniejszą metodą byłoby zastosowanie silników jonowych, czyli silników, które wytwarzają lekki ciąg ciągły, wystrzeliwując jony (najczęściej jony ksenonu) przyspieszone dzięki układowi elektrostatycznemu. Jest to typ silnika, który napędzał sondę kosmiczną Dawn w jej niezwykłej misji poświęconej eksploracji Westy i Ceres. Aby wypchnąć Ziemię z jej orbity, należałoby zbudować gigantyczny silnik jonowy i umieścić go na wysokości 1000 km, aby nie znajdował się w atmosferze. Silnik powinien być jednak mocno połączony z powierzchnią Ziemi za pomocą superodpornych wiązek, aby przenieść siłę napędową na planetę. Używając silnika jonowego zdolnego do wytwarzania ciągłego ciągu o wartości 40 km/s w kierunku ruchu orbitalnego Ziemi, należałoby przekształcić w paliwo jonowe tylko 13% masy Ziemi, aby poszerzyć orbitę do odległości Marsa. Pozostałoby jeszcze 87% masy Ziemi…

Na szczęście istnieją też tańsze systemy napędowe, które nie zmuszałyby nas do zubożania masy Ziemi. Światło, na przykład, ma pęd, mimo że nie ma masy. Dlatego teoretycznie możliwe jest wykorzystanie potężnych laserów do generowania pędu. Projekt Breakthrough Starshot opiera się właśnie na tym pomyśle: zbudować w niektórych miejscach na Ziemi elektrownię laserową o mocy 100 GW, zdolną do wytworzenia skolimowanego promienia, który rozpędziłby do znacznego ułamka prędkości światła żagiel słoneczny wystrzelony w kierunku Proximy Centauri. Dzięki wykorzystaniu energii słonecznej do generowania niezbędnej mocy, taki system laserowy mógłby być również użyty do wytwarzania ciągłego ciągu zdolnego do modyfikowania orbity Ziemi. Niestety, nawet dysponując laserem o mocy 100 GW, potrzeba by trzech miliardów miliardów lat wystrzeliwania stałego impulsu, aby poszerzyć orbitę Ziemi o 50%: jest to czas o osiem rzędów wielkości dłuższy niż ten, który upłynął od Wielkiego Wybuchu do dziś!

Istnieje również alternatywny sposób wykorzystania ciśnienia promieniowania, tj. siły wywieranej przez światło, aby uzyskać taką samą zmianę orbity w znacznie krótszym czasie. System ten polega na użyciu żagla słonecznego „zaparkowanego” na orbicie wokół Ziemi, zorientowanego w taki sposób, aby odchylać promieniowanie słoneczne w kierunku powierzchni Ziemi. Według badań z 2002 roku, fotony ze Słońca odbite przez żagiel w kierunku Ziemi przesunęłyby środek masy układu Ziemia-żagiel, zmieniając z czasem orbitę naszej planety. Niestety, aby przesunąć Ziemię na orbitę Marsa potrzebny byłby żagiel słoneczny o szerokości 19 średnic Ziemi, czyli ponad 240 000 km! Zaoszczędziłoby to jednak sporo czasu w porównaniu z poprzednim rozwiązaniem opartym na wykorzystaniu laserów. Przy tak dużym żaglu słonecznym wystarczyłoby „tylko” 1 miliard lat, aby przesunąć Ziemię na odległość Marsa od Słońca.