Che ne sarà della Terra dopo lo spostamento orbitale? Il punto di vista dell'ingegnere

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Nel film di fantascienza cinese Wandering Earth, distribuito da Netflix, l'umanità, utilizzando enormi motori installati in tutto il pianeta, tenta di modificare l'orbita della Terra per evitarne la distruzione da parte del Sole morente ed in espansione, nonché per prevenire una collisione con Giove… Un simile scenario di un'apocalisse cosmica potrebbe un giorno accadere davvero. Tra circa 5 miliardi di anni, il nostro sole esaurirà il carburante per una reazione termonucleare, si espanderà e, molto probabilmente, inghiottirà il nostro pianeta. Certo, anche prima moriremo tutti per un aumento globale della temperatura, ma cambiare l'orbita della Terra potrebbe davvero essere una soluzione necessaria per evitare una catastrofe, almeno in teoria.

Ma come può l'umanità far fronte a un compito ingegneristico così complesso? L'ingegnere dei sistemi spaziali Matteo Ceriotti dell'Università di Glasgow ha condiviso diversi possibili scenari sulle pagine di The Conversetion.

Supponiamo che il nostro compito sia quello di spostare l'orbita della Terra, allontanandola dal Sole di circa la metà della distanza dalla sua posizione attuale, all'incirca dove si trova ora Marte. Le principali agenzie spaziali di tutto il mondo hanno da tempo preso in considerazione e persino lavorato all'idea di spostare piccoli corpi celesti (asteroidi) dalle loro orbite, che in futuro aiuteranno a proteggere la Terra dagli impatti esterni. Alcune opzioni offrono una soluzione altamente distruttiva: un'esplosione nucleare vicino o sull'asteroide; l'uso di un "impattore cinetico", il cui ruolo, ad esempio, può essere svolto da un veicolo spaziale volto a scontrarsi con un oggetto ad alta velocità per cambiarne la traiettoria. Ma per quanto riguarda la Terra, queste opzioni non funzioneranno certamente a causa della loro natura distruttiva.

Nell'ambito di altri approcci, si propone di ritirare gli asteroidi da una traiettoria pericolosa utilizzando veicoli spaziali, che fungeranno da rimorchiatori, o con l'aiuto di astronavi più grandi, che, a causa della loro gravità, ritireranno l'oggetto pericoloso dalla Terra. Ancora una volta, questo non funzionerà con la Terra, poiché la massa degli oggetti sarà completamente incomparabile.

Motori elettrici

Probabilmente vi vedrete, ma stiamo spostando la Terra dalla nostra orbita da molto tempo. Ogni volta che un'altra sonda lascia il nostro pianeta per studiare altri mondi del sistema solare, il razzo vettore che la trasporta crea un minuscolo impulso (su scala planetaria, ovviamente) e agisce sulla Terra, spingendola nella direzione opposta al suo moto. Un esempio è un colpo di arma e il conseguente rinculo. Fortunatamente per noi (ma sfortunatamente per il nostro "piano per spostare l'orbita terrestre"), questo effetto è quasi invisibile per il pianeta.

Al momento, il razzo più performante al mondo è l'americano Falcon Heavy di SpaceX. Ma avremo bisogno di circa 300 quintilioni di lanci di questi vettori a pieno carico per utilizzare il metodo sopra descritto per spostare l'orbita terrestre su Marte. Inoltre, la massa di materiali necessaria per creare tutti questi razzi sarà equivalente all'85 percento della massa del pianeta stesso.

L'uso di motori elettrici, in particolare ionici, che rilasciano un flusso di particelle cariche, a causa del quale si verifica l'accelerazione, sarà un modo più efficace per impartire accelerazione alla massa. E se installiamo molti di questi motori su un lato del nostro pianeta, la nostra vecchia donna terrestre può davvero intraprendere un viaggio attraverso il sistema solare.

È vero, in questo caso saranno necessari motori di dimensioni davvero gigantesche. Dovranno essere installati ad un'altitudine di circa 1000 chilometri sul livello del mare, al di fuori dell'atmosfera terrestre, ma allo stesso tempo fissati saldamente alla superficie del pianeta in modo da potergli trasmettere una forza di spinta. Inoltre, anche con un raggio di ioni espulso a 40 chilometri al secondo nella direzione desiderata, abbiamo ancora bisogno di espellere l'equivalente del 13% della massa terrestre sotto forma di particelle ioniche per spostare il restante 87 percento della massa del pianeta.

Vela leggera

Poiché la luce trasporta quantità di moto ma non ha massa, possiamo anche utilizzare un raggio di luce continuo e focalizzato molto potente, come un laser, per spostare il pianeta. In questo caso sarà possibile utilizzare l'energia del Sole stesso, senza utilizzare in alcun modo la massa della Terra stessa. Ma anche con un sistema laser da 100 gigawatt incredibilmente potente, che dovrebbe essere utilizzato nel progetto peakthrough Starshot, in cui gli scienziati vogliono inviare una piccola sonda spaziale alla stella più vicina al nostro sistema usando un raggio laser, avremo bisogno di tre quintilioni di anni di impulsi laser continui per raggiungere il nostro obiettivo di inversione dell'orbita.

La luce solare può essere riflessa direttamente da una gigantesca vela solare che sarà nello spazio ma ancorata alla Terra. Come parte della ricerca passata, gli scienziati hanno scoperto che ciò richiederebbe un disco riflettente 19 volte il diametro del nostro pianeta. Ma in questo caso, per ottenere il risultato, bisognerà attendere circa un miliardo di anni.

Biliardo interplanetario

Un'altra possibile opzione per rimuovere la Terra dalla sua orbita attuale è il noto metodo di scambio di quantità di moto tra due corpi rotanti per cambiare la loro accelerazione. Questa tecnica è nota anche come assistenza gravitazionale. Questo metodo è spesso utilizzato nelle missioni di ricerca interplanetaria. Ad esempio, la navicella spaziale Rosetta che ha visitato la cometa 67P nel 2014-2016, come parte del suo viaggio di dieci anni verso l'oggetto di studio, ha utilizzato l'assistenza gravitazionale intorno alla Terra due volte, nel 2005 e nel 2007.

Di conseguenza, il campo gravitazionale terrestre impartiva ogni volta alla Rosetta una maggiore accelerazione, che sarebbe stato impossibile ottenere con l'uso dei soli motori dell'apparato stesso. La Terra ha anche ricevuto un momento di accelerazione opposto e uguale nell'ambito di queste manovre gravitazionali, tuttavia, ovviamente, questo non ha avuto alcun effetto misurabile a causa della massa del pianeta stesso.

Ma cosa succede se si utilizza lo stesso principio, ma con qualcosa di più massiccio di un'astronave? Ad esempio, gli stessi asteroidi possono certamente cambiare le loro traiettorie sotto l'influenza della gravità terrestre. Sì, un'influenza reciproca una tantum sull'orbita terrestre sarà insignificante, ma questa azione può essere ripetuta molte volte per modificare alla fine la posizione dell'orbita del nostro pianeta.

Alcune regioni del nostro sistema solare sono abbastanza densamente "attrezzate" con molti piccoli corpi celesti, come asteroidi e comete, la cui massa è abbastanza piccola da avvicinarli al nostro pianeta utilizzando tecnologie appropriate e abbastanza realistiche in termini di sviluppo.

Con un calcolo molto accurato della traiettoria, è del tutto possibile utilizzare il cosiddetto metodo "delta-v-displacement", quando un piccolo corpo può essere spostato dalla sua orbita a causa di un avvicinamento ravvicinato alla Terra, che fornirà uno slancio molto maggiore al nostro pianeta. Tutto questo, ovviamente, suona molto bene, ma sono stati condotti studi precedenti che hanno stabilito che in questo caso avremmo bisogno di un milione di passaggi di asteroidi così ravvicinati, e ciascuno di essi deve verificarsi nell'intervallo di diverse migliaia di anni, altrimenti saremo tardi per quel momento in cui il Sole si espande così tanto che la vita sulla Terra diventa impossibile.

conclusioni

Di tutte le opzioni descritte oggi, l'utilizzo di più asteroidi per l'assistenza gravitazionale sembra essere la più realistica. Tuttavia, in futuro, l'uso della luce potrebbe diventare un'alternativa più adatta, ovviamente, se impareremo a creare strutture cosmiche giganti o sistemi laser super potenti. In ogni caso, queste tecnologie potrebbero essere utili anche per la nostra futura esplorazione dello spazio.

Eppure, nonostante la possibilità teorica e la probabilità di fattibilità pratica in futuro, per noi, forse l'opzione più adatta per la salvezza sarebbe il reinsediamento su un altro pianeta, ad esempio lo stesso Marte, che può sopravvivere alla morte del nostro Sole. Dopotutto, l'umanità la considera da tempo una potenziale seconda casa per la nostra civiltà. E se si considera anche quanto sarà difficile attuare l'idea di uno spostamento dell'orbita terrestre, colonizzare Marte e la possibilità di terraformarlo per dare al pianeta un aspetto più abitabile potrebbe non sembrare un compito così difficile.