Kinijos mokslinės fantastikos filme „The Wandering Earth“, kuris neseniai pradėtas rodyti per „Netflix“ būtent toks klausimas ir gvildenamas: milžiniškais varikliais stengiamasi pakeisti Žemės orbitą taip, kad ji nutoltų nuo besiplečiančios Saulės ir išvengtų susidūrimo su Jupiteriu.
Ne, tai nėra klausimas apie žemės sklypų perkėlimą iš vieno Lietuvos rajono į kitą. Tai – apie visos planetos perkėlimą iš vienos orbitos į kitą. Kinijos mokslinės fantastikos filme „The Wandering Earth“, kuris neseniai pradėtas rodyti per „Netflix“ būtent toks klausimas ir gvildenamas: milžiniškais varikliais stengiamasi pakeisti Žemės orbitą taip, kad ji nutoltų nuo besiplečiančios Saulės ir išvengtų susidūrimo su Jupiteriu, rašo „The Conversation“.
Stopkadras / Žemės varikliai
Ir nors gali pasirodyti, kad šiandien tai yra tik moksline fantastika apsiribojanti tema, ilgainiui gali tekti apie ją rimtai pagalvoti (žinoma, jei žmonija apskritai sugebės išlikti taip ilgai). Po penkių milijardų metų Saulėje baigsis termobranduolinis kuras ir ji pradės smarkiai plėstis, veikiausiai prarydama ir visą Žemę. Skamba grėsmingai, tačiau egzistuoja ir kur kas skubesnė priežastis keisti planetos orbitą – tai artėjanti klimato kaitos apokalipsė. Žemės orbitos keitimas galėtų būti vienas iš būdų šios apokalipsės išvengti. Ir teoriškai tai yra įmanoma.
Bet kaip? Kokie inžineriniai iššūkiai kiltų?
Tarkime, kad mūsų tikslas yra Žemės orbitą 50 proc. nutolinti nuo Saulės – perkelti ją maždaug ten, kur dabar yra Marsas.
Apie technologijas kosmoso erdvėje stumdyti mažiems kosminiams kūnams – asteroidams – žmonija svarsto jau ne vienerius metus. Pagrindinė šių technologijų paskirtis – apsaugoti nuo tokio asteroido smūgio, koks išnaikino dinozaurus.
Kai kurie iš šių teorinių metodų yra pagrįsti impulsiniu, kartais destruktyviu poveikiu: branduolinis sprogimas ant asteroido paviršiaus arba netoli jo, arba „kinetinės energijos perdavimas“, tarkime, nukreipiant į asteroidą dideliu greičiu judantį kosminį aparatą. Savaime suprantama, Žemės orbitos keitimui šie metodai nėra tinkami. Kainuotų per daug gyvybių.
Pagal kitus metodus asteroidų stūmimas būtų labai švelnus, ilgai trunkantis, sukuriamas arba ant asteroido paviršiaus nuleistu stumiančiuoju varikliu, arba netoli asteroido pakibusiu kosminiu aparatu, kuris per gravitacinį poveikį ar kitus metodus atliktų vilkiko vaidmenį.
Bet ir jie nebūtų tinkami Žemei: planetos masė, lyginant net su pačiais masyviausiais asteroidais, yra tiesiog milžiniška.
Elektriniai varikliai
Tiesą sakant, Žemės orbitą žmonės keičia jau kelis dešimtmečius. Kiekvieną kartą, kai nuo planetos paviršiaus atsiplešia koks nors kosminis aparatas, išlekiantis iš Žemės orbitos, jis planetai suteikia impulsą, priešingą to aparato pakilimo krypčiai – panašiai, veikia atatranka, kuomet šaulio kūną atgal stumia jo paleista kulka.
Laimei mums (bet nelaimei, jei tikslas yra pakeisti Žemės orbitą), tokio orbitos keitimo poveikis yra toks mažas, kad jo, galima sakyti, tiesiog nėra.
„SpaceX Falcon Heavy“ yra pati galingiausia šiuolaikinė raketa-nešėja. Norint, kad Žemės orbita būtų perstumta link Marso, reikėtų, kad nuo Žemės atsiplėštų 300 milijardų milijardų tokių pilnai pakrautų raketų.
O tai reikštų, kad į šias raketas reikėtų sukrauti 85 proc. visos Žemę sudarančios masės – Marso orbitą pasiektų tik 15 proc. Žemės.
Elektrinis variklis būtų kur kas efektyvesnis būdas suteikti masei pagreitį. Ypač – joniniai varikliai, kurie veikia išspjaudami krūvį turinčių dalelių čiurkšlę, dėl kurios visas variklis ir tai, kas prie jo pritaisyta, juda priešinga čiurkšlei kryptimi. Taigi, galėtume įjunginėti joninius variklius taip, kad būtų greitinamas Žemės judėjimas savo orbita.
Milžiniški varikliai turėtų būti iškelti į 1000 kilometrų aukšti virš jūros lygio, virš Žemės atmosferos, tačiau vis dar standžiai sujungti su Žeme, kad perduotų stumiančiąją jėgą.
Net ir tuo atveju 40km/s greičio jonų čiurkšlė, paleista tinkama kryptimi, sunaudotų 13 proc. Žemės masės ekvivalento, kad į norimą orbitą persislinktų likusieji 87 procentai Žemės.
Burių pasikinkymas
Šviesa perduoda judesio momentą, tačiau ne masę, tad pagreičiui įgyti galima būtų periodiškai naudoti fokusuotos šviesos spindulius, pavyzdžiui, lazerius. Tam reikalinga energija turėtų būti gaunama iš Saulės, o geroji šio metodo dalis būtų ta, kad nebūtų sunaudojama Žemės masė.
Bet netgi naudojant tiesiog neįtikėtiną 100 GW galios lazerį – tokią viziją numatė „Breakthrough Starshot“ projektas, kurio tikslas yra sukurti variklį, gebantį pernešti erdvėlaivį iš Saulės sistemos į kaimynines žvaigždžių sistemas – norint pasiekti pageidaujamo orbitos pokyčio reikėtų trijų milijardų milijardų metų.
Kita vertus, galima apsieiti ir be lazerių, o vien su atspindėta Saulės šviesa, pasinaudojant burėmis, kurios būtų išskleistos netoli Žemės.
Matematiniai skaičiavimai parodė, kad norint pasiekti pageidaujamą orbitos pokytį reikėtų milijardą metų būti įsikabinus į disko formos burę, kurios skersmuo būtų 19 kartų didesnis nei Žemės.
Tarpplanetinis biliardas
Bene geriausiai žinomas būdas dviem orbitoje besisukantiems kūnams apsikeisti judesio momentu ir pakeisti savo judėjimo greitį ir kryptį yra artimas praskriejimas – savotiška gravitacinė svaidyklė. Tokio tipo manevrus jau dabar labai dažnai naudoja įvairių tarpplanetinių misijų vykdytojai.
Pavyzdžiui, zondas „Rosetta“, kuris 2014-2016 m. rinko informaciją ties Čurumovo-Gerasimenkos asteroidu (67P). Per dešimtį metų trukusią kelionę zondas dukart pasinaudojo Žemės mase, kad įgytų reikiamą greitį ir kryptį – 2005 ir 2007 metais. Vien savo varikliais „Rosetta“ niekaip nebūtų galėjęs pasiekti asteroido.
Bet kiekvienas, mokykloje nemiegojęs per fizikos pamokas, žino: atoveiksmis visuomet yra lygus veiksmui. O Žemė iš „Rosetta“ zondo gavo tokį patį, tik priešingos krypties judesio impulsą. Tik kad, atsižvelgus į Žemės masę, to impulso realus poveikis yra neišmatuojamai mažas.
O kas, jeigu panašų svaidyklės efektą panaudotume su kitu, už kosminį zondą kur kas masyvesniu kūnu?
Asteroidai be jokios abejonės gali pakeisti kryptį dėl Žemės poveikio, ir nors kiekvieno jų atskirai atgalinis poveikis Žemei būtų labai mažas, šį veiksmą galima būtų atlikti daug kartų ir ilgainiui pasiekti pakankamai didelį Žemės orbitos pokytį.
Kai kuriuose Saulės sistemos regionuose gausu nedidelių kosminių kūnų – asteroidų ir kometų – kurių masė yra pakankamai maža, kad būtų realu juos išjudinti kosminiais varikliais. Tiesa, tie varikliai visgi turėtų būti dydžių eilėmis didesni už objektus, kuriuos dabar sugebame iškelti į kosmosą.
Tiksliai numačius trajektorijas būtų galima išnaudoti vadinamąjį „Δv svertą“ – galima būtų pakeisti nedidelio kosminio kūno orbitą, kad jis dėl to dideliu greičiu praskrietų pro pat Žemę ir suteiktų kur kas didesnį impulsą mūsų planetai.
Atrodo perspektyvu. Kol neatkreipiame dėmesį į apytikslį vertinimą, kad norint nuo Saulės tolti ne mažesniu greičiu nei ji plėstųsi, reikėtų milijono tokių asteroidų artimų praskridimų, kurių kiekvieną skirtų keli tūkstančiai metų.
Išvados
Iš visų aukščiau aptartų galimybių milijonų asteroidų laidynė šiuo metu atrodo kaip lengviausiai realizuojamas planas. Tačiau ateityje didesnę svarbą gali įgyti šviesos išnaudojimas – jeigu išmoksime statyti gigantiškas kosmines struktūras ar super-galingų lazerių masyvus. O tos technologijos labai sėkmingai gali būti panaudotis ir kosmoso tyrinėjimams.
Ir nors Žemės orbitos keitimas teoriškai yra įmanomas, o kada nors ateityje galbūt net ir techniškai įgyvendinamas, turbūt paprasčiau būtų visą mūsų rūšį perkelti į kaimyninę planetą – Marsą, kuris gali išlikti net Saulei išsiplėtus. Juk jau dabar Raudonojoje planetoje yra nusileidę ir važinėjo keli žmonių sukurti aparatai.
Įvertinus, kaip sunku būtų pakeisti Žemės buvimo vietą, Marso kolonizavimas, jo pavertimas gyvenama planeta ir žmonijos perkėlimas į ten atrodo kaip ne tokia jau ir sudėtinga užduotis.
