ในภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์จีนเรื่อง The Wandering Earth ซึ่งเผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ใน Netflix มนุษยชาติพยายามที่จะเปลี่ยนวงโคจรของโลกโดยใช้เครื่องขับดันขนาดใหญ่เพื่อหนีจากดวงอาทิตย์ที่กำลังขยายตัวและป้องกันการชนกับดาวพฤหัสบดี
วันหนึ่งสถานการณ์อาจเป็นจริง ในห้าพันล้านปีดวงอาทิตย์จะหมดเชื้อเพลิงและขยายตัวส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะห้อมล้อมโลก ภัยคุกคามที่เร่งด่วนกว่าคือการเปิดเผยภาวะโลกร้อน การย้ายโลกไปยังวงโคจรที่กว้างขึ้นอาจเป็นทางออก - และเป็นไปได้ในทางทฤษฎี
แต่เราจะทำอย่างไรกับมันและความท้าทายด้านวิศวกรรมคืออะไร? เพื่อประโยชน์ในการโต้แย้งขอให้เราสมมติว่าเราตั้งเป้าที่จะย้ายโลกจากวงโคจรปัจจุบันไปยังวงโคจร 50% ไกลจากดวงอาทิตย์คล้ายกับดาวอังคาร
เราได้คิดค้นเทคนิคในการเคลื่อนย้ายวัตถุขนาดเล็ก - ดาวเคราะห์น้อย - จากวงโคจรของพวกเขาเป็นเวลาหลายปีส่วนใหญ่เพื่อปกป้องโลกของเราจากผลกระทบ บางอย่างอยู่บนพื้นฐานของความหุนหันพลันแล่นและมักเป็นการทำลายล้างการกระทำ: การระเบิดของนิวเคลียร์ใกล้หรือบนพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยหรือ "ผลกระทบจลนศาสตร์" เช่นยานอวกาศปะทะกับดาวเคราะห์น้อยด้วยความเร็วสูง เห็นได้ชัดว่าไม่สามารถใช้ได้กับโลกเนื่องจากลักษณะการทำลายล้างของพวกเขา
เทคนิคอื่น ๆ แทนที่จะเกี่ยวข้องกับความอ่อนโยนการผลักอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานโดยเรือลากจูงจอดอยู่บนพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยหรือยานอวกาศที่อยู่ใกล้มัน (ผลักผ่านแรงโน้มถ่วงหรือวิธีการอื่น) แต่สิ่งนี้จะเป็นไปไม่ได้สำหรับโลกเนื่องจากมีมวลมหาศาลเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์น้อยที่ใหญ่ที่สุด
เครื่องขับดันไฟฟ้า
จริง ๆ แล้วเราได้ย้ายโลกจากวงโคจรของมันแล้ว ทุกครั้งที่ยานสำรวจออกจากโลกไปสู่ดาวเคราะห์ดวงอื่นมันจะส่งแรงกระตุ้นไปยังโลกในทิศทางตรงกันข้ามกับการหดตัวของปืน โชคดีสำหรับเรา - แต่น่าเสียดายที่จุดประสงค์ในการเคลื่อนย้ายโลก - เอฟเฟกต์นี้มีขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ
Falcon Heavy ของ SpaceX เป็นยานพาหนะสำหรับการปล่อยที่มีประสิทธิภาพที่สุดในปัจจุบัน เราจะต้องมีการเปิดตัว 300 พันล้านเต็มกำลังการผลิตเพื่อให้บรรลุการเปลี่ยนแปลงวงโคจรเป็นดาวอังคาร วัสดุที่ประกอบขึ้นเป็นจรวดเหล่านี้จะเท่ากับ 85% ของโลกเหลือเพียง 15% ของโลกในวงโคจรของดาวอังคาร
Thruster ไฟฟ้าเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเร่งมวล - โดยเฉพาะอย่างยิ่งไอออนไดรฟ์ซึ่งทำงานโดยการยิงกระแสของอนุภาคที่มีประจุที่ขับเคลื่อนเรือไปข้างหน้า เราสามารถชี้และยิงทรัสเตอร์ไฟฟ้าไปในทิศทางที่ตามมาของวงโคจรของโลก
ทรัสเตอร์ขนาดใหญ่ควรอยู่เหนือระดับน้ำทะเล 1,000 กิโลเมตรเหนือชั้นบรรยากาศของโลก แต่ยังคงยึดติดกับโลกด้วยลำแสงแข็งเพื่อส่งแรงผลักดัน ด้วยลำแสงไอออนที่ถูกยิงที่ 40 กิโลเมตรต่อวินาทีในทิศทางที่ถูกต้องเรายังคงต้องเลื่อนออกไปเท่ากับ 13% ของมวลของโลกในไอออนเพื่อเคลื่อนที่ส่วนที่เหลือ 87%
แล่นเรือในแสง
เมื่อแสงมีโมเมนตัม แต่ไม่มีมวลเราอาจสามารถใช้ลำแสงโฟกัสเช่นเลเซอร์ได้อย่างต่อเนื่อง พลังงานที่ต้องการจะถูกรวบรวมจากดวงอาทิตย์และจะไม่มีการสะสมมวลโลก แม้จะใช้โรงงานเลเซอร์ขนาด 100GW ขนาดใหญ่ที่มีโครงการ Breakthrough Starshot ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อขับเคลื่อนยานอวกาศออกจากระบบสุริยจักรวาลเพื่อสำรวจดาวฤกษ์ใกล้เคียงมันยังคงใช้เวลา 3 พันล้านล้านปีในการใช้วงโคจรอย่างต่อเนื่อง
แต่แสงยังสามารถสะท้อนจากดวงอาทิตย์มายังโลกได้โดยตรงโดยใช้ใบเรือสุริยะที่ติดกับโลก นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่ามันต้องการแผ่นสะท้อนแสงที่ใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของโลกถึง 19 เท่าเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของวงโคจรในช่วงเวลาหนึ่งพันล้านปี
บิลเลียดระหว่างดาวเคราะห์
เทคนิคที่รู้จักกันดีสำหรับสองศพที่โคจรเพื่อแลกเปลี่ยนโมเมนตัมและเปลี่ยนความเร็วของพวกมันคือการผ่านเข้าใกล้หรือหนังสติ๊กความโน้มถ่วง การซ้อมรบประเภทนี้มีการใช้อย่างกว้างขวางโดยยานสำรวจอวกาศ ตัวอย่างเช่นยานอวกาศ Rosetta ที่ไปเยี่ยมดาวหาง 67P ในปี 2014-2016 ในระหว่างการเดินทางสิบปีไปยังดาวหางที่ผ่านในบริเวณใกล้เคียงของโลกสองครั้งในปี 2005 และ 2007
ด้วยเหตุนี้สนามแรงโน้มถ่วงของโลกจึงเร่งความเร็วให้กับ Rosetta ซึ่งไม่น่าจะเป็นไปได้ที่จะใช้เครื่องขับดัน ดังนั้นโลกจึงได้รับแรงกระตุ้นตรงข้ามและเท่ากัน - แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่มีผลกระทบใด ๆ ที่วัดได้เนื่องจากมวลของโลก
แต่ถ้าเราสามารถทำหนังสติ๊กได้โดยใช้บางสิ่งที่ใหญ่กว่ายานอวกาศล่ะ? ดาวเคราะห์น้อยสามารถถูกเปลี่ยนทิศทางจากโลกได้และในขณะที่ผลกระทบร่วมกันบนวงโคจรของโลกจะมีขนาดเล็กการกระทำนี้สามารถทำซ้ำได้หลายครั้งหลายครั้งเพื่อให้บรรลุการเปลี่ยนแปลงวงโคจรของโลกในที่สุด
บางพื้นที่ของระบบสุริยจักรวาลนั้นหนาแน่นไปด้วยวัตถุขนาดเล็กเช่นดาวเคราะห์น้อยและดาวหางมวลของส่วนใหญ่นั้นมีขนาดเล็กพอที่จะเคลื่อนที่ด้วยเทคโนโลยีที่เหมือนจริง
ด้วยการออกแบบวิถีที่แม่นยำมันเป็นไปได้ที่จะใช้ประโยชน์จากสิ่งที่เรียกว่า ""v leveraging" - วัตถุขนาดเล็กสามารถถูกสะบัดออกจากวงโคจรของมันและเป็นผลให้แกว่งไปทั่วโลก สิ่งนี้อาจดูน่าตื่นเต้น แต่ก็มีการประเมินว่าเราจะต้องใช้เวลาผ่านไปอย่างน้อยหนึ่งล้านดวงในแต่ละระยะห่างกันสองสามพันปีเพื่อให้ทันกับการขยายตัวของดวงอาทิตย์
คำตัดสินของศาล
จากตัวเลือกทั้งหมดที่มีอยู่การใช้หนังสติ๊กดาวเคราะห์น้อยหลายรายการดูเหมือนจะเป็นไปได้มากที่สุดในตอนนี้ แต่ในอนาคตการใช้ประโยชน์จากแสงอาจเป็นกุญแจสำคัญ - ถ้าเราเรียนรู้วิธีสร้างโครงสร้างอวกาศขนาดใหญ่หรืออาร์เรย์เลเซอร์ที่ทรงพลังมาก สามารถใช้สำหรับการสำรวจอวกาศได้
แต่ในขณะที่มันเป็นไปได้ในทางทฤษฎีและวันหนึ่งอาจเป็นไปได้ในทางเทคนิคจริง ๆ แล้วมันอาจจะง่ายกว่าที่จะย้ายสายพันธุ์ของเราไปยังดาวเคราะห์ข้างเคียงเพื่อนบ้านของเราดาวอังคารซึ่งอาจรอดชีวิตจากการทำลายของดวงอาทิตย์ หลังจากนั้นเราก็ลงจอดบนพื้นและผุดขึ้นมาหลายครั้ง
หลังจากพิจารณาว่ามันท้าทายเพียงใดในการเคลื่อนย้ายโลกสร้างอาณานิคมบนดาวอังคารทำให้เป็นที่อยู่อาศัยและเคลื่อนย้ายประชากรของโลกที่นั่นเมื่อเวลาผ่านไปอาจไม่ฟังดูยากนัก
Matteo Ceriotti ผู้บรรยายด้านวิศวกรรมระบบอวกาศ มหาวิทยาลัยกลาสโกว์
