Hiljuti Netflixis ilmunud Hiina ulmefilmis "Rändav maa" üritab inimkond laieneva päikese eest põgenemiseks tohutute tõukejõude abil Maa orbiiti muuta - ja vältida kokkupõrget Jupiteriga.
Stsenaarium võib ühel päeval tõeks saada. Viie miljardi aasta pärast hakkab päike kütust otsa saama ja paisuma, tõenäoliselt neelates Maa. Otsesemaks ohuks on globaalse soojenemise apokalüpsis. Maa viimine laiemale orbiidile võiks olla lahendus - ja see on teoorias võimalik.
Kuid kuidas saaksime sellega hakkama saada ja millised on inseneri väljakutsed? Argumendi huvides oletagem, et meie eesmärk on liikuda Maa praegusest orbiidist orbiidile, mis asub Päikesest 50% kaugemal, sarnaselt Marsiga.
Oleme paljude aastate jooksul välja töötanud tehnikaid väikeste kehade - asteroidide - liikumiseks nende orbiidilt, peamiselt selleks, et kaitsta oma planeeti mõjude eest. Mõned neist põhinevad impulsiivsel ja sageli hävitaval tegevusel: tuumaplahvatus asteroidi lähedal või selle pinnal või "kineetiline löökkatsekeha", näiteks kosmoseaparaat, mis põrkub suure kiirusega asteroidiga. Need ei ole Maa jaoks hävitava olemuse tõttu ilmselgelt kohaldatavad.
Selle asemel hõlmavad muud tehnikad väga õrna, pidevat pikema aja vältel lükatud asteroidi pinnale dokitud puksiiri või selle lähedal hõljuvat kosmoselaeva (suruvad läbi gravitatsiooni või muid meetodeid). Kuid see oleks Maa jaoks võimatu, kuna selle mass on isegi kõige suuremate asteroididega tohutu.
Elektrilised tõukejõud
Oleme tegelikult juba Maa selle orbiidilt liikunud. Iga kord, kui sond lahkub Maalt teisele planeedile, annab see Maale vastupidises suunas väikese impulsi, mis sarnaneb relva tagasilöögiga. Meie õnneks - kuid kahjuks Maa liikumise eesmärgil - on see mõju uskumatult väike.
SpaceXi Falcon Heavy on täna võimsaim kanderakett. Marsi orbiidi muutmise saavutamiseks vajaksime täisvõimsusel 300 miljardit miljardit kaatrit. Kõiki neid rakette moodustav materjal oleks võrdne 85% -ga Maast, jättes Marsi orbiidile vaid 15% Maast.
Elektriline tõukur on palju tõhusam viis massi kiirendamiseks - eriti iooniajamid, mis töötavad laeva edasiliikumiseks laetud osakeste voo väljalaskmise teel. Võiksime suunata ja lasta elektrilise tõukejõu Maa orbiidi lõppsuunas.
Ülegabariidiline tõukejõud peaks tõukejõu edastamiseks olema 1000 kilomeetrit merepinnast kõrgemal, Maa atmosfäärist kaugemal, kuid siiski kindlalt maaga jäiga talaga kinnitatud. Ioonkiirega, mis kulgeb kiirusega 40 kilomeetrit sekundis õiges suunas, peame ülejäänud 87% liikumiseks ikkagi välja andma ekvivalendi 13% Maa massist ioonides.
Purjetamine kergel teel
Kuna valgus kannab hoogu, kuid mitte massi, võib meil olla võimalik ka pidevalt fokuseeritud valguskiirt, näiteks laserit toita. Vajalik energia kogutakse päikeselt ja Maa mass ei kulu. Isegi kui kasutada projekti Breakthrough Starshot kavandatud tohutut 100GW laserjaama, mille eesmärk on kosmoseaparaadid naaberstaaride uurimiseks Päikesesüsteemist välja lükata, kulub orbitaalmuutuse saavutamiseks siiski kolm miljardit miljardit aastat pidevat kasutamist.
Kuid valgust saab peegeldada ka otse Päikeselt Maale, kasutades Maa kõrval paiknevat päikesepurje. Teadlased on näidanud, et orbiidi muutuse saavutamiseks miljardi aasta jooksul oleks vaja peegeldavat ketast, mis on 19 korda suurem kui Maa läbimõõt.
Planeedidevaheline piljard
Kahe orbiidil liikuva keha jaoks hoogu vahetamiseks ja nende kiiruse muutmiseks hästi tuntud meetod on tihe käik või gravitatsiooniline tropp. Seda tüüpi manöövreid on planeetidevahelised sondid laialdaselt kasutanud. Näiteks Rosetta kosmoselaev, mis külastas komeeti 67P aastatel 2014-2016, läbis oma kümneaastase rännaku ajal komeedile Maa läheduses kaks korda, 2005. ja 2007. aastal.
Selle tagajärjel andis Maa gravitatsiooniväli Rosettale olulise kiirenduse, mis oleks olnud saavutamatu üksnes tõukejõude kasutades. Järelikult sai Maa vastupidise ja võrdse impulsi - ehkki sellel polnud Maa massi tõttu mingit mõõdetavat mõju.
Aga mis siis, kui me saaksime pildistada, kasutades midagi palju massiivsemat kui kosmoselaev? Asteroide saab Maa kindlasti suunata ja kuigi vastastikune mõju Maa orbiidile on väike, saab seda toimingut mitu korda korrata, et lõpuks saavutada Maa orbiidi märkimisväärne muutus.
Mõned Päikesesüsteemi piirkonnad on tihedad väikeste kehadega nagu asteroidid ja komeedid, mille mass on piisavalt väike, et realistliku tehnoloogiaga liikuda, kuid on siiski suurusjärgu võrra suurem, kui see, mille saab Maalt reaalselt käivitada.
Täpse trajektoori kujundamise abil on võimalik ära kasutada niinimetatud "Δv võimendamine" - väike keha saab oma orbiidilt välja tõrjuda ja selle tagajärjel Maa peal liikuda, andes meie planeedile palju suurema impulsi. See võib tunduda põnev, kuid hinnanguliselt vajaksime päikese laienemisega sammu pidamiseks miljonit sellist asteroidi lähedast läbikäiku, millest igaüks paikneks umbes tuhande aasta pikkuste vahedega.
Kohtuotsus
Kõigist olemasolevatest võimalustest tundub mitme asteroidi pildistamise kasutamine praegu kõige paremini saavutatav. Kuid tulevikus võib olla võtmeks valguse kasutamine - kui õpime üles ehitama hiiglaslikke kosmosestruktuure või ülivõimsaid lasermassiive. Neid saaks kasutada ka kosmoseuuringuteks.
Kuid kuigi see on teoreetiliselt võimalik ja võib ühel päeval olla ka tehniliselt teostatav, võib tegelikult olla lihtsam oma liike kolida meie lähedalasuva planeedi naabri juurde Marsile, mis võib päikese hävingust üle elada. Lõppude lõpuks oleme juba mitu korda maandunud ja selle pinda kõndinud.
Mõeldes, kui keeruline oleks Maad liigutada, ei pruugi Marsi koloniseerimine, selle elamiskõlblikuks muutmine ja Maa elanike aja jooksul sinna kolimine kõlada nii keeruline.
Matteo Ceriotti, kosmosesüsteemide inseneri lektor, Glasgow ülikool
