Nel film di fantascienza cinese Wandering Earth, pubblicato da Netflix, l'umanità, utilizzando enormi motori installati in tutto il pianeta, tenta di cambiare l'orbita terrestre per evitare la sua distruzione da parte del Sole morente e in espansione, nonché per prevenire una collisione con Giove … Un simile scenario di un'apocalisse cosmica un giorno potrebbe effettivamente accadere. Tra circa 5 miliardi di anni, il nostro Sole esaurirà il carburante per una reazione termonucleare, si espanderà e molto probabilmente inghiottirà il nostro pianeta. Certo, anche prima moriremo tutti per un aumento della temperatura globale, ma cambiare l'orbita terrestre potrebbe davvero essere la soluzione giusta per evitare una catastrofe, almeno in teoria.
Ma come può l'umanità far fronte a un compito ingegneristico così complesso? L'ingegnere dei sistemi spaziali Matteo Ceriotti dell'Università di Glasgow ha condiviso diversi possibili scenari sulle pagine di The Conversetion.
Supponiamo che il nostro compito sia spostare l'orbita della Terra, allontanandola dal Sole a circa metà della distanza dalla sua posizione attuale, approssimativamente a dove si trova ora Marte. Le principali agenzie spaziali di tutto il mondo hanno a lungo considerato e persino lavorato all'idea di spostare piccoli corpi celesti (asteroidi) dalle loro orbite, che in futuro aiuteranno a proteggere la Terra dagli impatti esterni. Alcune opzioni offrono una soluzione molto distruttiva: un'esplosione nucleare vicino all'asteroide o sulla sua superficie; l'uso di un "impattore cinetico", il cui ruolo, ad esempio, può essere svolto da un veicolo spaziale finalizzato a scontrarsi con un oggetto ad alta velocità per modificarne la traiettoria. Ma per quanto riguarda la Terra, queste opzioni non funzioneranno certamente a causa della loro natura distruttiva.
Nell'ambito di altri approcci, si propone di ritirare gli asteroidi da una traiettoria pericolosa utilizzando veicoli spaziali, che fungeranno da rimorchiatori, o con l'aiuto di astronavi più grandi, che, a causa della loro gravità, ritireranno un oggetto pericoloso dalla Terra. Ancora una volta, questo non funzionerà con la Terra, poiché la massa degli oggetti sarà completamente incomparabile.
Motori elettrici
Probabilmente vi vedrete, ma abbiamo spostato la Terra dalla nostra orbita per molto tempo. Ogni volta che un'altra sonda lascia il nostro pianeta per studiare altri mondi del Sistema Solare, il razzo vettore che la trasporta crea un piccolo impulso (su scala planetaria, ovviamente) e agisce sulla Terra, spingendola nella direzione opposta al suo movimento. Un esempio è un colpo di arma e il conseguente rinculo. Fortunatamente per noi (ma sfortunatamente per il nostro "piano per spostare l'orbita terrestre"), questo effetto è quasi invisibile al pianeta.
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Al momento, il razzo più performante al mondo è l'American Falcon Heavy di SpaceX. Ma avremo bisogno di circa 300 quintilioni di lanci di questi vettori a pieno carico per utilizzare il metodo sopra descritto per spostare l'orbita terrestre su Marte. Inoltre, la massa dei materiali necessari per creare tutti questi razzi sarà equivalente all'85% della massa del pianeta stesso.
L'uso di motori elettrici, in particolare ionici, che rilasciano un flusso di particelle cariche, a causa del quale si verifica l'accelerazione, sarà un modo più efficace per impartire l'accelerazione alla massa. E se installiamo diversi motori di questo tipo su un lato del nostro pianeta, la nostra vecchia donna della Terra può davvero fare un viaggio attraverso il sistema solare.
È vero, in questo caso, saranno necessari motori di dimensioni davvero gigantesche. Dovranno essere installati ad un'altitudine di circa 1000 chilometri sul livello del mare, al di fuori dell'atmosfera terrestre, ma allo stesso tempo saldamente fissati alla superficie del pianeta in modo che la forza di spinta possa essere trasmessa ad esso. Inoltre, anche con un fascio ionico espulso a 40 chilometri al secondo nella direzione desiderata, dobbiamo ancora espellere l'equivalente del 13 percento della massa terrestre come particelle ioniche per spostare il restante 87 percento della massa del pianeta.
Vela leggera
Poiché la luce trasporta quantità di moto ma non ha massa, possiamo anche usare un fascio di luce continuo e focalizzato molto potente, come un laser, per spostare il pianeta. In questo caso sarà possibile utilizzare l'energia del Sole stesso, senza utilizzare in alcun modo la massa della Terra stessa. Ma anche con una struttura laser incredibilmente potente da 100 gigawatt, che dovrebbe essere utilizzata nel progetto di punta Starshot, in cui gli scienziati vogliono inviare una piccola sonda spaziale alla stella più vicina al nostro sistema utilizzando un raggio laser, avremo bisogno di tre quintilioni di anni di impulso laser continuo per per raggiungere il nostro obiettivo di cambiamento dell'orbita.
La luce solare può essere riflessa direttamente da una gigantesca vela solare che sarà nello spazio ma ancorata alla Terra. Nel quadro della ricerca passata, gli scienziati hanno scoperto che ciò richiederebbe un disco riflettente 19 volte il diametro del nostro pianeta. Ma in questo caso, per ottenere il risultato, bisognerà aspettare circa un miliardo di anni.
Biliardo interplanetario
Un'altra possibile opzione per rimuovere la Terra dalla sua orbita attuale è il ben noto metodo di scambio di quantità di moto tra due corpi rotanti per modificare la loro accelerazione. Questa tecnica è nota anche come assistenza gravitazionale. Questo metodo è abbastanza spesso utilizzato nelle missioni di ricerca interplanetarie. Ad esempio, la sonda spaziale Rosetta che ha visitato la cometa 67P nel 2014-2016, come parte del suo viaggio di dieci anni verso l'oggetto di studio, ha utilizzato l'assistenza gravitazionale attorno alla Terra due volte, nel 2005 e nel 2007.
Di conseguenza, il campo gravitazionale terrestre impartiva ogni volta al Rosetta un'accelerazione maggiore, che sarebbe stata impossibile ottenere con l'utilizzo dei motori dell'apparato stesso. La Terra ha anche ricevuto un momento di accelerazione opposto e uguale nell'ambito di queste manovre gravitazionali, tuttavia, ovviamente, questo non ha avuto alcun effetto misurabile a causa della massa del pianeta stesso.
E se usassimo lo stesso principio, ma con qualcosa di più massiccio di un veicolo spaziale? Ad esempio, gli stessi asteroidi possono certamente cambiare le loro traiettorie sotto l'influenza della gravità terrestre. Sì, l'influenza reciproca una tantum sull'orbita terrestre sarà insignificante, ma questa azione può essere ripetuta molte volte al fine di cambiare alla fine la posizione dell'orbita del nostro pianeta.
Alcune regioni del nostro sistema solare sono abbastanza densamente "dotate" di molti piccoli corpi celesti, come asteroidi e comete, la cui massa è abbastanza piccola da avvicinarli al nostro pianeta utilizzando tecnologie appropriate e abbastanza realistiche in termini di sviluppo.
Con un errore di calcolo molto accurato della traiettoria, è del tutto possibile utilizzare il cosiddetto metodo "delta-v-displacement", quando un piccolo corpo può essere spostato dalla sua orbita a causa di un avvicinamento ravvicinato alla Terra, che fornirà uno slancio molto maggiore al nostro pianeta. Tutto ciò, ovviamente, sembra molto interessante, ma sono stati condotti studi precedenti che stabilivano che in questo caso avremmo bisogno di un milione di passaggi così ravvicinati di asteroidi, e ciascuno di essi deve verificarsi in un intervallo di diverse migliaia di anni, altrimenti saremo in ritardo per quel momento quando il Sole si espande così tanto che la vita sulla Terra diventerà impossibile.
conclusioni
Di tutte le opzioni descritte oggi, l'utilizzo di più asteroidi per l'assistenza gravitazionale sembra essere la più realistica. Tuttavia, in futuro, l'uso della luce potrebbe diventare un'alternativa più adatta, ovviamente, se impareremo a creare strutture cosmiche giganti o sistemi laser super potenti. In ogni caso, queste tecnologie potrebbero essere utili anche per la nostra futura esplorazione spaziale.
Eppure, nonostante la possibilità teorica e la probabilità di fattibilità pratica in futuro, per noi forse l'opzione più adatta per la salvezza sarà il reinsediamento su un altro pianeta, ad esempio lo stesso Marte, che può sopravvivere alla morte del nostro Sole. Dopotutto, l'umanità l'ha considerata a lungo come una potenziale seconda casa per la nostra civiltà. E se si considera anche quanto sarà difficile attuare l'idea di uno spostamento dell'orbita terrestre, colonizzare Marte e la possibilità di terraformarlo per dare al pianeta un aspetto più abitabile potrebbe non sembrare un compito così difficile.
