In dem neuen chinesischen Science-Fiction-Film Wandering Earth, der kürzlich von Netflix veröffentlicht wurde, versucht die Menschheit mit riesigen Motoren, die rund um den Planeten installiert sind, die Erdumlaufbahn zu verändern, um ihre Zerstörung durch die sterbende und expandierende Sonne zu vermeiden und eine Kollision zu verhindern mit Jupiter. Ein solches Szenario einer kosmischen Apokalypse könnte eines Tages tatsächlich eintreten. In ungefähr 5 Milliarden Jahren wird unserer Sonne der Treibstoff für eine thermonukleare Reaktion ausgehen, sie wird sich ausdehnen und höchstwahrscheinlich unseren Planeten verschlucken. Natürlich werden wir alle noch früher an einem globalen Temperaturanstieg sterben, aber eine Änderung der Erdumlaufbahn könnte tatsächlich die richtige Lösung sein, um zumindest theoretisch eine Katastrophe zu vermeiden.
Aber wie kann die Menschheit mit solch einer äußerst komplexen technischen Aufgabe umgehen? Der Raumfahrtsystemingenieur Matteo Ceriotti von der Universität Glasgow hat auf den Seiten von The Conversetion mehrere mögliche Szenarien vorgestellt.
Nehmen wir an, unsere Aufgabe ist es, die Erdumlaufbahn zu verschieben und sie etwa die Hälfte der Entfernung von ihrem aktuellen Standort von der Sonne wegzubewegen, ungefähr dort, wo sich der Mars jetzt befindet. Führende Weltraumagenturen auf der ganzen Welt haben lange über die Idee nachgedacht und sogar daran gearbeitet, kleine Himmelskörper (Asteroiden) aus ihren Umlaufbahnen zu verdrängen, um die Erde in Zukunft vor äußeren Einflüssen zu schützen. Einige Optionen bieten eine sehr zerstörerische Lösung: eine nukleare Explosion in der Nähe des Asteroiden oder auf seiner Oberfläche; die Verwendung eines "kinetischen Impaktors", dessen Rolle beispielsweise ein Raumfahrzeug spielen kann, das mit hoher Geschwindigkeit mit einem Objekt kollidieren soll, um dessen Flugbahn zu ändern. Aber was die Erde betrifft, werden diese Optionen aufgrund ihrer zerstörerischen Natur sicherlich nicht funktionieren.
Im Rahmen anderer Ansätze wird vorgeschlagen, Asteroiden mit Raumfahrzeugen, die als Schlepper fungieren, oder mit Hilfe größerer Raumschiffe, die aufgrund ihrer Schwerkraft das gefährliche Objekt von der Erde zurückziehen, von einer gefährlichen Flugbahn abzuziehen. Auch dies wird mit der Erde nicht funktionieren, da die Masse der Objekte völlig unvergleichlich sein wird.
Elektromotoren
Sie werden sich wahrscheinlich sehen, aber wir haben die Erde schon lange aus unserer Umlaufbahn verdrängt. Jedes Mal, wenn eine andere Sonde unseren Planeten verlässt, um andere Welten des Sonnensystems zu untersuchen, erzeugt die Trägerrakete, die sie trägt, einen winzigen (natürlich planetarischen) Impuls und wirkt auf die Erde und drückt sie in die entgegengesetzte Richtung zu ihrer Bewegung. Ein Beispiel ist ein Schuss von einer Waffe und der daraus resultierende Rückstoß. Zum Glück für uns (aber leider für unseren "Plan, die Erdumlaufbahn zu verschieben") ist dieser Effekt für den Planeten fast unsichtbar.
Werbevideo:
Die derzeit leistungsstärkste Rakete der Welt ist die amerikanische Falcon Heavy von SpaceX. Wir werden jedoch ungefähr 300 Billionen Starts dieser Träger unter Volllast benötigen, um die oben beschriebene Methode zu verwenden, um die Erdumlaufbahn zum Mars zu bewegen. Darüber hinaus entspricht die Materialmasse, die zur Herstellung all dieser Raketen benötigt wird, 85 Prozent der Masse des Planeten selbst.
Die Verwendung von Elektromotoren, insbesondere von Ionenmotoren, die einen Strom geladener Teilchen freisetzen, aufgrund dessen eine Beschleunigung auftritt, ist ein wirksamerer Weg, um der Masse eine Beschleunigung zu verleihen. Und wenn wir mehrere solcher Motoren auf einer Seite unseres Planeten installieren, kann unsere alte Erdfrau wirklich eine Reise durch das Sonnensystem unternehmen.
In diesem Fall werden zwar Motoren mit wirklich gigantischen Abmessungen benötigt. Sie müssen in einer Höhe von etwa 1000 Kilometern über dem Meeresspiegel außerhalb der Erdatmosphäre installiert werden, müssen aber gleichzeitig sicher an der Oberfläche des Planeten befestigt sein, damit die Druckkraft auf ihn übertragen werden kann. Selbst wenn ein Ionenstrahl mit 40 Kilometern pro Sekunde in die gewünschte Richtung ausgestoßen würde, müssten wir immer noch das Äquivalent von 13 Prozent der Erdmasse als ionische Teilchen ausstoßen, um die verbleibenden 87 Prozent der Masse des Planeten zu bewegen.
Leichtes Segel
Da Licht Impuls trägt, aber keine Masse hat, können wir auch einen sehr starken kontinuierlichen und fokussierten Lichtstrahl wie einen Laser verwenden, um den Planeten zu verschieben. In diesem Fall wird es möglich sein, die Energie der Sonne selbst zu nutzen, ohne die Masse der Erde selbst zu nutzen. Aber selbst mit einem unglaublich leistungsstarken 100-Gigawatt-Lasersystem, das für das Breakthrough Starshot-Projekt vorgesehen ist, bei dem Wissenschaftler mithilfe eines Laserstrahls eine kleine Raumsonde zum nächstgelegenen Stern zu unserem System senden möchten, benötigen wir drei Billionen Jahre kontinuierlichen Laserpuls um unser Ziel des Orbitwechsels zu erreichen.
Sonnenlicht kann direkt von einem riesigen Sonnensegel reflektiert werden, das sich im Weltraum befindet, aber auf der Erde verankert ist. Im Rahmen früherer Forschungen haben Wissenschaftler herausgefunden, dass dies eine reflektierende Scheibe erfordern würde, die das 19-fache des Durchmessers unseres Planeten beträgt. In diesem Fall müssen Sie jedoch etwa eine Milliarde Jahre warten, um das Ergebnis zu erzielen.
Interplanetares Billard
Eine weitere mögliche Option, um die Erde aus ihrer aktuellen Umlaufbahn zu entfernen, ist die bekannte Methode, den Impuls zwischen zwei rotierenden Körpern auszutauschen, um ihre Beschleunigung zu ändern. Diese Technik wird auch als Schwerkraftunterstützung bezeichnet. Diese Methode wird häufig in interplanetaren Forschungsmissionen eingesetzt. Beispielsweise setzte das Raumschiff Rosetta, das 2014-2016 im Rahmen seiner zehnjährigen Reise zum Untersuchungsobjekt den Kometen 67P besuchte, 2005 und 2007 zweimal Schwerkraftunterstützung um die Erde.
Infolgedessen verlieh das Gravitationsfeld der Erde der Rosetta jedes Mal eine erhöhte Beschleunigung, die mit nur den Motoren der Vorrichtung selbst unmöglich zu erreichen gewesen wäre. Die Erde erhielt im Rahmen dieser Gravitationsmanöver auch einen entgegengesetzten und gleichen Beschleunigungsimpuls, der jedoch aufgrund der Masse des Planeten selbst keinen messbaren Effekt hatte.
Was ist, wenn wir dasselbe Prinzip anwenden, aber mit etwas Massiverem als einem Raumschiff? Zum Beispiel können dieselben Asteroiden unter dem Einfluss der Schwerkraft der Erde sicherlich ihre Flugbahn ändern. Ja, eine einmalige gegenseitige Beeinflussung der Erdumlaufbahn ist unbedeutend, aber diese Aktion kann viele Male wiederholt werden, um letztendlich die Position der Umlaufbahn unseres Planeten zu ändern.
Bestimmte Bereiche unseres Sonnensystems sind ziemlich dicht mit vielen kleinen Himmelskörpern wie Asteroiden und Kometen "ausgestattet", deren Masse klein genug ist, um sie mit geeigneten und recht realistischen Entwicklungstechnologien näher an unseren Planeten heranzuführen.
Mit einer sehr sorgfältigen Berechnung der Flugbahn ist es durchaus möglich, die sogenannte "Delta-V-Verschiebung" zu verwenden, wenn ein kleiner Körper aufgrund einer engen Annäherung an die Erde aus seiner Umlaufbahn verschoben werden kann, was unserem Planeten einen viel größeren Impuls verleiht. All dies klingt natürlich sehr cool, aber frühere Studien haben ergeben, dass wir in diesem Fall eine Million solcher engen Asteroidenpassagen benötigen würden, und jede von ihnen muss in einem Intervall von mehreren tausend Jahren auftreten, sonst werden wir zu diesem Zeitpunkt zu spät kommen wenn sich die Sonne so stark ausdehnt, dass das Leben auf der Erde unmöglich wird.
Schlussfolgerungen
Von allen heute beschriebenen Optionen scheint die Verwendung mehrerer Asteroiden als Schwerkraftunterstützung die realistischste zu sein. In Zukunft könnte die Verwendung von Licht jedoch eine geeignetere Alternative sein, wenn wir lernen, wie man riesige kosmische Strukturen oder supermächtige Lasersysteme erzeugt. In jedem Fall können diese Technologien auch für unsere zukünftige Weltraumforschung nützlich sein.
Trotz der theoretischen Möglichkeit und der Wahrscheinlichkeit einer praktischen Durchführbarkeit in der Zukunft wird für uns die Umsiedlung auf einen anderen Planeten, zum Beispiel denselben Mars, der den Tod unserer Sonne überleben kann, die am besten geeignete Option für die Erlösung sein. Schließlich betrachtet die Menschheit es seit langem als potenzielle zweite Heimat für unsere Zivilisation. Und wenn Sie auch überlegen, wie schwierig es sein wird, die Idee einer Verschiebung der Erdumlaufbahn umzusetzen, die Besiedlung des Mars und die Möglichkeit, ihn zu terraformieren, um dem Planeten ein bewohnbareres Aussehen zu verleihen, scheint dies keine so schwierige Aufgabe zu sein.
Nikolay Khizhnyak
