Joseph Norman
0 
950
105
In de Chinese sciencefictionfilm The Wandering Earth, onlangs uitgebracht op Netflix, probeert de mensheid de baan van de aarde te veranderen met behulp van enorme stuwraketten om aan de uitdijende zon te ontsnappen - en een botsing met Jupiter te voorkomen..
Het scenario kan ooit uitkomen. Over vijf miljard jaar zal de zon zonder brandstof komen te zitten en uitzetten, hoogstwaarschijnlijk de aarde overspoelen. Een meer directe bedreiging is een apocalyps van de opwarming van de aarde. Het verplaatsen van de aarde naar een grotere baan zou een oplossing kunnen zijn - en het is mogelijk in theorie.
Maar hoe kunnen we dat aanpakken en wat zijn de technische uitdagingen? Laten we omwille van het argument aannemen dat we ernaar streven de aarde te verplaatsen van zijn huidige baan naar een baan die 50% verder van de zon verwijderd is, vergelijkbaar met die van Mars '.
We hebben al jaren technieken ontwikkeld om kleine lichamen - asteroïden - uit hun baan te halen, voornamelijk om onze planeet te beschermen tegen schokken. Sommige zijn gebaseerd op een impulsieve en vaak destructieve actie: een nucleaire explosie nabij of op het oppervlak van de asteroïde, of een "kinetische impactor", bijvoorbeeld een ruimtevaartuig dat met hoge snelheid in botsing komt met de asteroïde. Deze zijn duidelijk niet van toepassing op de aarde vanwege hun destructieve aard.
Andere technieken omvatten in plaats daarvan een zeer zachte, continue duw gedurende een lange tijd, geleverd door een sleepboot die aan het oppervlak van de asteroïde is aangemeerd, of een ruimtevaartuig dat er dichtbij zweeft (door de zwaartekracht te duwen of andere methoden). Maar dit zou onmogelijk zijn voor de aarde, aangezien de massa enorm is in vergelijking met zelfs de grootste asteroïden.
Elektrische boegschroeven
We hebben de aarde eigenlijk al uit haar baan gehaald. Elke keer dat een sonde de aarde verlaat voor een andere planeet, geeft deze een kleine impuls aan de aarde in de tegenovergestelde richting, vergelijkbaar met de terugslag van een geweer. Gelukkig voor ons - maar helaas met het oog op het verplaatsen van de aarde - is dit effect ongelooflijk klein.
De Falcon Heavy van SpaceX is momenteel het meest capabele draagraket. We zouden 300 miljard miljard lanceringen op volle capaciteit nodig hebben om de baanverandering naar Mars te bewerkstelligen. Het materiaal waaruit al deze raketten bestaan, zou gelijk zijn aan 85% van de aarde, waardoor slechts 15% van de aarde in een baan om Mars zou blijven.
Een elektrische boegschroef is een veel efficiëntere manier om massa te versnellen - met name ionenaandrijvingen, die werken door een stroom geladen deeltjes af te vuren die het schip voortstuwen. We zouden een elektrische boegschroef kunnen richten en afvuren in de achterliggende richting van de baan van de aarde.
De extra grote boegschroef zou 1000 kilometer boven zeeniveau moeten zijn, voorbij de atmosfeer van de aarde, maar nog steeds stevig aan de aarde zijn bevestigd met een stijve straal, om de duwkracht over te brengen. Met een ionenbundel die met 40 kilometer per seconde in de goede richting wordt afgevuurd, zouden we nog steeds het equivalent van 13% van de massa van de aarde in ionen moeten uitwerpen om de resterende 87% te verplaatsen.
Varen op licht
Omdat licht een momentum draagt, maar geen massa, kunnen we mogelijk ook continu een gefocusseerde lichtstraal, zoals een laser, van stroom voorzien. Het vereiste vermogen zou worden verzameld van de zon en er zou geen massa van de aarde worden verbruikt. Zelfs als we de enorme 100GW-laserinstallatie gebruiken die is voorzien door het Breakthrough Starshot-project, dat tot doel heeft ruimtevaartuigen uit het zonnestelsel te drijven om naburige sterren te verkennen, zou het nog steeds drie miljard miljard jaar aan continu gebruik kosten om de baanverandering te bereiken.
Maar licht kan ook rechtstreeks van de zon naar de aarde worden gereflecteerd met behulp van een zonnezeil dat naast de aarde is gestationeerd. Onderzoekers hebben aangetoond dat er een reflecterende schijf nodig is die 19 keer groter is dan de diameter van de aarde om de baanverandering te bereiken over een tijdschaal van een miljard jaar..
Interplanetair biljart
Een bekende techniek voor twee in een baan omlopende lichamen om momentum uit te wisselen en hun snelheid te veranderen, is met een nauwe doorgang of een zwaartekrachtkatapult. Dit type manoeuvre is op grote schaal gebruikt door interplanetaire sondes. Het Rosetta-ruimtevaartuig dat bijvoorbeeld komeet 67P bezocht in 2014-2016, tijdens zijn tienjarige reis naar de komeet, passeerde tweemaal in de buurt van de aarde, in 2005 en 2007.
Het resultaat was dat het zwaartekrachtveld van de aarde Rosetta een aanzienlijke versnelling bezorgde, die alleen met stuwraketten niet haalbaar zou zijn geweest. Bijgevolg kreeg de aarde een tegenovergestelde en gelijke impuls - hoewel dit geen meetbaar effect had vanwege de massa van de aarde.
Maar wat als we een katapult zouden kunnen uitvoeren met iets dat veel zwaarder is dan een ruimtevaartuig? Asteroïden kunnen zeker door de aarde worden omgeleid, en hoewel het wederzijdse effect op de baan van de aarde klein zal zijn, kan deze actie talloze keren worden herhaald om uiteindelijk een aanzienlijke verandering in de baan om de aarde te bewerkstelligen..
Sommige delen van het zonnestelsel zijn dicht met kleine lichamen zoals asteroïden en kometen, waarvan de massa klein genoeg is om met realistische technologie te worden verplaatst, maar nog steeds orden van grootte groter dan wat realistisch gezien vanaf de aarde kan worden gelanceerd.
Met een nauwkeurig trajectontwerp is het mogelijk om gebruik te maken van zogenaamde "Δv hefboomwerking "- een klein lichaam kan uit zijn baan worden geduwd en als gevolg daarvan langs de aarde zwaaien, wat een veel grotere impuls aan onze planeet geeft. Dit lijkt misschien opwindend, maar er wordt geschat dat we een miljoen van dergelijke asteroïden nodig zouden hebben dichte passen, elk ongeveer een paar duizend jaar uit elkaar, om de uitzetting van de zon bij te houden.
Het vonnis
Van alle beschikbare opties lijkt het gebruik van meerdere asteroïde katapulten op dit moment het meest haalbaar. Maar in de toekomst kan het gebruik van licht de sleutel zijn - als we leren hoe we gigantische ruimtestructuren of superkrachtige laserarrays kunnen bouwen. Deze kunnen ook worden gebruikt voor verkenning van de ruimte.
Maar hoewel het theoretisch mogelijk is, en misschien ooit technisch haalbaar zal zijn, is het misschien gemakkelijker om onze soort naar onze planetaire buurman Mars te verplaatsen, die de vernietiging van de zon zou kunnen overleven. We zijn tenslotte al meerdere keren op het oppervlak geland en erover gedreven.
Na te hebben overwogen hoe uitdagend het zou zijn om de aarde te verplaatsen, klinkt het misschien niet zo moeilijk om Mars te koloniseren, het bewoonbaar te maken en de bevolking van de aarde daarheen te verplaatsen..
Matteo Ceriotti, docent ruimtevaarttechniek, Universiteit van Glasgow
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.