In de Chinese sciencefictionfilm The Wandering Earth, onlangs uitgebracht op Netflix, de mensheid probeert 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. In vijf miljard jaar, de zon zal zonder brandstof komen te zitten en uitzetten, waarschijnlijk de aarde overspoelt. Een meer directe bedreiging is een apocalyps van de opwarming van de aarde. Het verplaatsen van de aarde naar een bredere baan zou een oplossing kunnen zijn - en in theorie is het mogelijk.

Maar hoe kunnen we dat aanpakken en wat zijn de technische uitdagingen? Ter wille van het argument, laten we aannemen dat we ernaar streven de aarde te verplaatsen van zijn huidige baan naar een baan die 50% verder van de zon is verwijderd, vergelijkbaar met Mars.

We bedenken al jaren technieken 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 destructief, 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.

Bij andere technieken gaat het in plaats daarvan om een ​​zeer zachte, continue druk gedurende een lange tijd, geleverd door een sleepboot aangemeerd op het oppervlak van de asteroïde, of een ruimtevaartuig dat ernaast zweeft (duwen door zwaartekracht 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 naar een andere planeet, het geeft een kleine impuls aan de aarde in de tegenovergestelde richting, vergelijkbaar met de terugslag van een pistool. Gelukkig voor ons - maar helaas voor het doel van het verplaatsen van de aarde - is dit effect ongelooflijk klein.

SpaceX's Falcon Heavy is het meest capabele lanceervoertuig van vandaag. We zouden 300 miljard miljard lanceringen op volle capaciteit nodig hebben om de baanverandering naar Mars te realiseren. 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 blijft.

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 vaartuig voortstuwen. We kunnen een elektrische boegschroef richten en afvuren in de richting van de baan van de aarde.

De overmaatse boegschroef moet 1 zijn 000 kilometer boven zeeniveau, buiten de atmosfeer van de aarde, maar nog steeds stevig aan de aarde bevestigd met een stijve balk, om de duwkracht over te brengen. Met een ionenstraal afgevuurd met 40 kilometer per seconde in de goede richting, we zouden nog steeds het equivalent van 13% van de massa van de aarde in ionen moeten uitstoten om de resterende 87% te verplaatsen.

Zeilen op licht

Zoals licht momentum draagt, maar geen massa we kunnen misschien ook continu een gerichte lichtstraal van stroom voorzien, zoals een laser. Het benodigde vermogen zou van de zon worden gehaald, en er zou geen aardmassa worden verbruikt. Zelfs met behulp van de enorme 100GW-laserinstallatie die is voorzien door het Breakthrough Starshot-project, die tot doel heeft ruimtevaartuigen uit het zonnestelsel te stuwen om naburige sterren te verkennen, het zou nog steeds drie miljard miljard jaar continu gebruik vergen om de orbitale verandering 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 over een tijdschaal van een miljard jaar te bereiken.

Interplanetair biljart

Een bekende techniek voor twee om elkaar draaiende lichamen om momentum uit te wisselen en hun snelheid te veranderen is met een nauwe passage, of zwaartekracht katapult. Dit type manoeuvre is veelvuldig gebruikt door interplanetaire sondes. Bijvoorbeeld, het Rosetta-ruimtevaartuig dat komeet 67P bezocht in 2014-2016, tijdens zijn tienjarige reis naar de komeet twee keer in de buurt van de aarde gepasseerd, in 2005 en 2007.

Als resultaat, het zwaartekrachtveld van de aarde zorgde voor een aanzienlijke versnelling van Rosetta, die alleen met behulp van stuwraketten onhaalbaar zou zijn geweest. Bijgevolg, de aarde kreeg een tegengestelde 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 behulp van iets veel massiever dan een ruimtevaartuig? Asteroïden kunnen zeker worden omgeleid door de aarde, en hoewel het wederzijdse effect op de baan van de aarde klein zal zijn, deze actie kan vele malen worden herhaald om uiteindelijk een aanzienlijke verandering van de baan om de aarde te bereiken.

Sommige delen van het zonnestelsel zijn dichtbevolkt 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 kan worden gelanceerd vanaf de aarde.

Met nauwkeurig trajectontwerp, het is 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, een veel grotere impuls geven aan onze planeet. Dit lijkt misschien spannend, maar er wordt geschat dat we een miljoen van zulke asteroïde dichte passen nodig hebben, elk ongeveer een paar duizend jaar uit elkaar, om de uitzetting van de zon bij te houden.

Het vonnis

Van alle beschikbare opties, het gebruik van meerdere asteroïde-katapulten lijkt op dit moment het meest haalbaar. Maar in de toekomst, het exploiteren van licht kan 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 ooit technisch haalbaar kan zijn, het is misschien makkelijker om onze soort naar onze planetaire buurman te verplaatsen, Mars, die de vernietiging van de zon kunnen overleven. Wij hebben, ten slotte, al meerdere keren op het oppervlak geland en over het oppervlak gezworven.

Na te hebben overwogen hoe uitdagend het zou zijn om de aarde te verplaatsen, Mars koloniseren, het bewoonbaar maken en de bevolking van de aarde daar in de loop van de tijd naartoe verplaatsen, klinkt misschien toch niet zo moeilijk.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.