โดย Matteo Ceriotti เผยแพร่เมื่อ 22 พฤษภาคม 2019
การเคลื่อนดาวเคราะห์ของเราไปสู่วงโคจรอื่นจะยากแค่ไหน? (เครดิตภาพ: Shutterstock)
ในภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์จีนเรื่อง เว็บตรงThe Wandering Earth ซึ่งเพิ่งเปิดตัวบน Netflix มนุษยชาติพยายามเปลี่ยนวงโคจรของโลกโดยใช้แรงขับมหาศาลเพื่อหนีจากดวงอาทิตย์ที่กําลังขยายตัว และป้องกันการชนกับดาวพฤหัสบดี
สถานการณ์อาจเป็นจริงได้สักวันหนึ่ง ในห้าพันล้านปีดวงอาทิตย์จะหมดเชื้อเพลิงและขยายตัว
ซึ่งส่วนใหญ่กลืนกินโลก ภัยคุกคามที่เกิดขึ้นทันทีมากขึ้นคือการเปิดเผยภาวะโลกร้อน การเคลื่อนโลกไปยังวงโคจรที่กว้างขึ้นอาจเป็นวิธีแก้ปัญหา — และเป็นไปได้ในทางทฤษฎีแต่เราจะไปเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้อย่างไรและความท้าทายทางวิศวกรรมคืออะไร? เพื่อประโยชน์ในการโต้แย้งให้เราสมมติว่าเราตั้งเป้าที่จะย้ายโลกจากวงโคจรปัจจุบันไปยังวงโคจร 50% ไกลจากดวงอาทิตย์คล้ายกับดาวอังคาร’
เราได้คิดค้นเทคนิคในการเคลื่อนย้ายวัตถุขนาดเล็ก – ดาวเคราะห์น้อย – จากวงโคจรของพวกเขาเป็นเวลาหลายปีโดยส่วนใหญ่เพื่อปกป้องโลกของเราจากผลกระทบ บางอย่างขึ้นอยู่กับการกระทําที่หุนหันพลันแล่นและมักจะทําลายล้าง: การระเบิดนิวเคลียร์ใกล้หรือบนพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยหรือ “kinetic impactor” ตัวอย่างเช่นยานอวกาศชนกับดาวเคราะห์น้อยด้วยความเร็วสูง สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถใช้ได้กับโลกอย่างชัดเจนเนื่องจากลักษณะการทําลายล้างของพวกเขา
เทคนิคอื่น ๆ แทนเกี่ยวข้องกับการผลักดันที่อ่อนโยนและต่อเนื่องมากเป็นเวลานานโดยเรือลากจูงที่จอดอยู่บนพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยหรือยานอวกาศที่บินอยู่ใกล้ ๆ (ผลักผ่าน แรงดึงดูด (เปิดในแท็บใหม่) หรือวิธีการอื่น) แต่นี่จะเป็นไปไม่ได้สําหรับโลกเนื่องจากมวลของมันมหาศาลเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์น้อยที่ใหญ่ที่สุด
แรงขับไฟฟ้าเราได้ย้ายโลกออกจากวงโคจรของมันแล้ว ทุกครั้งที่ยานสํารวจออกจากโลกไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นมันจะให้แรงกระตุ้นเล็ก ๆ น้อย ๆ แก่โลกในทิศทางตรงกันข้ามคล้ายกับการหดตัวของปืน โชคดีสําหรับเรา – แต่น่าเสียดายสําหรับจุดประสงค์ของการเคลื่อนย้ายโลก – เอฟเฟกต์นี้มีขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อ
Falcon Heavy ของ SpaceX เป็นยานปล่อยจรวดที่มีความสามารถมากที่สุดในปัจจุบัน เราต้องการการเปิดตัว 300 พันล้านครั้งอย่างเต็มประสิทธิภาพเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงวงโคจรเป็นดาวอังคาร วัสดุที่ประกอบขึ้นเป็นจรวดเหล่านี้จะเทียบเท่ากับ 85% ของโลกเหลือเพียง 15% ของโลกในวงโคจรของดาวอังคาร
แรงขับไฟฟ้าเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเร่งมวลโดยเฉพาะอย่างยิ่งไดรฟ์ไอออนซึ่งทํางาน
โดยการยิงกระแสของอนุภาคที่มีประจุที่ขับเคลื่อนเรือไปข้างหน้า เราสามารถชี้และยิงแรงขับไฟฟ้าในทิศทางต่อท้ายของวงโคจรของโลกได้
แรงขับขนาดใหญ่ควรอยู่เหนือระดับน้ําทะเล 1,000 กิโลเมตรเหนือชั้นบรรยากาศของโลก แต่ยังคงยึดติดกับโลกอย่างแน่นหนาด้วยลําแสงแข็งเพื่อส่งแรงผลักดัน ด้วยลําแสงไอออนที่ยิงที่ 40 กิโลเมตรต่อวินาทีในทิศทางที่ถูกต้องเรายังคงต้องขับออกเทียบเท่ากับ 13% ของมวลโลกในไอออนเพื่อเคลื่อนที่ส่วนที่เหลืออีก 87%
แล่นเรือใบด้วยแสงเนื่องจากแสงมีโมเมนตัม, แต่ไม่มีมวล, เราอาจสามารถจ่ายไฟให้กับลําแสงที่โฟกัสได้อย่างต่อเนื่อง, เช่น เลเซอร์. พลังงานที่ต้องการจะถูกรวบรวมจากดวงอาทิตย์และไม่มีการใช้มวลโลก แม้จะใช้โรงงานเลเซอร์ขนาดมหึมาขนาดมหึมาขนาดมหึมา 100GW ที่คาดการณ์โดยโครงการ Breakthrough Starshot ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อขับไล่ยานอวกาศออกจากระบบสุริยะเพื่อสํารวจดาวฤกษ์ใกล้เคียง แต่ก็ยังต้องใช้เวลาสามพันล้านปีในการใช้อย่างต่อเนื่องเพื่อให้บรรลุการเปลี่ยนแปลงวงโคจร
แต่แสงยังสามารถสะท้อนโดยตรงจากดวงอาทิตย์สู่โลกโดยใช้ใบเรือสุริยะที่ประจําการอยู่ถัดจากโลก นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่ามันจะต้องมีแผ่นสะท้อนแสงที่ใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของโลกถึง 19 เท่าเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงวงโคจรในช่วงเวลาหนึ่งพันล้านปี
บิลเลียดระหว่างดาวเคราะห์
เทคนิคที่รู้จักกันดีสําหรับวัตถุที่โคจรสองชิ้นเพื่อแลกเปลี่ยนโมเมนตัมและเปลี่ยนความเร็วของพวกเขาคือทางเดินที่ใกล้ชิดหรือหนังสติ๊กแรงโน้มถ่วง การซ้อมรบประเภทนี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางโดยโพรบระหว่างดาวเคราะห์ ตัวอย่างเช่นยานอวกาศ Rosetta ที่ไปเยือนดาวหาง 67P ในปี 2557-2559 ระหว่างการเดินทางสิบปีไปยังดาวหางผ่านในบริเวณใกล้เคียงของโลกสองครั้งในปี 2548 และ 2550เว็บตรง
