Este posibil să schimbăm orbita Pământului?
Filmele SF cu buget milionar nu mai sunt apanajul exclusiv al Hollywood-ului. China s-a catapultat și ea pe această piață profitabilă. Lansarea filmului The Wandering Earth (Pământul rătăcitor), un ambițios film chinezesc de peste două ore, vizibil pe Netflix, datează de la începutul anului 2019.
Povestea o reia puțin pe cea a miticului serial Space: 1999, în care Luna a abandonat orbita Pământului în urma unei catastrofale explozii nucleare, regăsindu-se rătăcind în spațiul cosmic, ajungând cumva pe traseul unor ipotetice planete extrasolare locuite de improbabile civilizații extraterestre.
În cazul filmului chinezesc, nu Luna este cea care părăsește orbita Pământului, ci Pământul însuși care își părăsește orbita în jurul Soarelui. În ficțiunea cinematografică, Soarele a început să se extindă periculos și, pentru a scăpa din strânsoarea sa mortală, oamenii de știință propun să ne expedieze planeta noastră în sistemul Alpha Centauri, la peste patru ani-lumină distanță. În acest scop, toate guvernele de pe Pământ, atinse de o înțelepciune bruscă, cedează puterea unui organism supranațional. Acest organism decide construirea unei serii de motoare gigantice amplasate de-a lungul ecuatorului, a căror sarcină va fi aceea de a da planetei împingerea necesară pentru a se desprinde de gravitația solară, pentru a începe o călătorie de secole spre Alpha Centauri.
Lăsăm la o parte complicațiile ulterioare ale intrigii, care văd cum Pământul riscă să fie distrus de gravitația joviană, și să ne întrebăm dacă ipoteza de bază a filmului – mutarea Pământului de pe orbita sa în jurul Soarelui – este cumva realizabilă. Matteo Ceriotti, un inginer aerospațial italian și cercetător la Facultatea de Inginerie a Universității din Glasgow, Scoția, și-a pus aceeași întrebare. Să vedem răspunsurile pe care Ceriotti le-a găsit, pe baza celor nu multe metode teoretic utile pentru a reuși o astfel de întreprindere.
Trebuie precizat, însă, că ipoteza analizată de Ceriotti nu este tocmai cea din film: „trimiterea” Pământului pe Alpha Centauri este o idee care sună prea puțin plauzibilă pentru a fi luată în serios. Ceriotti, mai modest, a studiat posibilitatea de a muta planeta pe o orbită cu 50% mai îndepărtată de Soare decât cea actuală. Întrebarea la care trebuie să răspundem este, în esență, următoarea: este posibil să mărim orbita Pământului până când aceasta coincide aproximativ cu cea a planetei Marte? Să vedem.
Metoda cea mai elementară care ne vine în minte pentru a muta un corp ceresc de pe orbita sa este de a o face pe calea cea mai grea. În filmul Armageddon din 1998, focoase nucleare au fost folosite pentru a devia sau, mai corect, pentru a spulbera un asteroid aflat în curs de coliziune cu Pământul. Trecând de la science-fiction la știință, NASA și ESA au amândouă misiuni planificate pentru a utiliza un element de impact cinetic, și anume un glonț, pentru a devia ușor un asteroid mic de pe orbita sa. Din păcate, ambele metode ar fi impracticabile dacă obiectivul ar fi modificarea orbitei Pământului. Masa planetei noastre, de fapt, este egală cu aproape șase septillioane de kilograme (5,97 × 10²⁴ kg, mai exact). Ea este atât de mare încât orice dispozitiv exploziv sau impactor cinetic calibrat pe o astfel de masă ar sfârși prin a avea un efect secundar foarte neplăcut: acela de a distruge Pământul.
Din fericire, există metode mai blânde pentru a atinge acest obiectiv. De exemplu, impulsul necesar ar putea fi împărțit într-un număr masiv de împingeri minore consecutive. Ceva de genul acesta se întâmplă deja de fiecare dată când are loc o lansare spațială, la urma urmei. Impulsul dat unei rachete de motoarele sale pentru a o lansa dincolo de atmosferă este o împingere împotriva Pământului. Cu toate acestea, efectul său asupra mișcării orbitale a Pământului este imperceptibil, deoarece puterea motoarelor unei singure rachete, chiar și a celor mai mari, este neglijabilă în raport cu masa planetei. Ceriotti a calculat că ar fi nevoie de 300 de miliarde de miliarde de lansări cu încărcătură completă a rachetei Falcon Heavy de la SpaceX pentru a modifica orbita Pământului pentru a o lărgi cu 50%. Din nefericire, 85% din masa Pământului ar trebui consumată în materiale pentru a construi și alimenta o flotă similară de Falcon Heavy, lăsând pe noua orbită un Pământ „ofilit”, cu doar 15% din masa sa actuală.
O metodă mai convenabilă ar fi utilizarea motoarelor ionice, adică a motoarelor care creează o ușoară împingere continuă, lansând ioni (de obicei ioni de xenon) accelerați datorită unui sistem electrostatic. Este tipul de motor care a alimentat nava spațială Dawn în misiunea sa extraordinară dedicată explorării planetelor Vesta și Ceres. Pentru a împinge Pământul în afara orbitei sale, ar trebui construit un motor ionic gigantic și plasat la o altitudine de 1.000 km, pentru a-l feri de atmosferă. Cu toate acestea, motorul ar trebui să fie conectat ferm la suprafața Pământului cu ajutorul unor grinzi superrezistente, pentru a transmite impulsul către planetă. Folosind un motor ionic capabil să producă o împingere continuă de 40 km/s în direcția mișcării orbitale a Pământului, ar fi apoi necesar să se transforme în propulsor ionic doar 13% din masa Pământului, pentru a lărgi orbita până la distanța lui Marte. Ar mai rămâne încă 87% din masa Pământului disponibilă…
Din fericire, există și sisteme de propulsie mai ieftine, care nu ne-ar obliga să sărăcim masa Pământului. Lumina, de exemplu, are impuls, chiar dacă nu are masă. Prin urmare, este teoretic posibil să se utilizeze lasere puternice pentru a genera propulsie. Proiectul Breakthrough Starshot se bazează tocmai pe această idee: să construim în anumite locuri de pe Pământ o centrală laser de 100 GW, capabilă să producă o rază colimată care să accelereze până la o fracțiune semnificativă din viteza luminii o velă solară lansată spre Proxima Centauri. Mulțumită energiei solare pentru a genera puterea necesară, un astfel de sistem laser ar putea fi utilizat și pentru a produce o împingere continuă capabilă să modifice orbita Pământului. Din nefericire, chiar și având un laser de 100 GW, ar fi nevoie de trei miliarde de miliarde de ani trăgând un impuls constant pentru a lărgi orbita Pământului cu 50%: este un timp cu opt ordine de mărime mai lung decât cel scurs de la Big Bang până astăzi!
Există, de asemenea, o modalitate alternativă de a utiliza presiunea radiației, adică forța exercitată de lumină, pentru a obține aceeași modificare orbitală într-un timp mult mai scurt. Sistemul constă în utilizarea unei vele solare „parcate” pe orbită în jurul Pământului, orientată astfel încât să devieze radiația solară spre suprafața Pământului. Potrivit unui studiu din 2002, fotonii de la Soare reflectați de pânza solară spre Pământ ar deplasa centrul de masă al sistemului Pământ/pânza solară, modificând în timp orbita planetei noastre. Din păcate, pentru a muta Pământul pe orbita lui Marte ar fi nevoie de o pânză solară cu o lățime de 19 diametre ale Pământului, adică peste 240.000 km! Cu toate acestea, s-ar economisi foarte mult timp în comparație cu soluția anterioară, bazată pe utilizarea laserelor. Cu o velă solară atât de mare, „doar” 1 miliard de ani ar fi de ajuns pentru a muta Pământul la distanța lui Marte față de Soare.
.