IL SOLE CI MINACCIA: MEGLIO SPOSTARE L’ORBITA DELLA TERRA O TRASFERCI SU MARTE?


News Week, 16 Maggio

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Nel film di fantascienza cinese “The Wandering Earth”, recentemente pubblicato su Netflix, l’umanità tenta di cambiare l’orbita della Terra usando enormi propulsori per sfuggire al Sole in espansione e prevenire una collisione con Giove. Lo scenario potrebbe un giorno diventare realtà. Tra cinque miliardi di anni, il Sole finirà il combustibile e si espanderà, molto probabilmente inghiottendo la Terra già minacciata dall’apocalisse del riscaldamento globale. Spostare la Terra in un’orbita più ampia potrebbe essere una soluzione ed è possibile in teoria. Ma come possiamo farlo e quali sono le sfide ingegneristiche? Per amor di discussione, supponiamo di voler spostare la Terra dalla sua orbita attuale a un’orbita maggiore che la allontani del 50% dal Sole, simile a quella di Marte.

Abbiamo ideato tecniche per spostare piccoli corpi, come gli asteroidi, dalla loro orbita per molti anni, principalmente per proteggere il nostro pianeta da eventuali impatti. Alcune sono basate su un’azione impulsiva e spesso distruttiva, come nel caso di un’esplosione nucleare vicino o sulla superficie dell’asteroide, o di un “impattatore cinetico”, quale potrebbe essere un veicolo spaziale in collisione con l’asteroide ad alta velocità. Questi non sono chiaramente applicabili allo spostamento di orbita della Terra a causa della loro natura distruttiva. Altre tecniche implicano, invece, una spinta molto dolce e continua per un lungo periodo, fornita da un rimorchiatore ancorato sulla superficie dell’asteroide o da un veicolo spaziale che si libra vicino ad esso. Anche tali metodi propulsivi sarebbero inapplicabili per la Terra, poiché la sua massa è enorme se paragonata agli asteroidi più grandi. In realtà abbiamo già spostato la Terra dalla sua orbita. Ogni volta che una sonda lascia la Terra per un altro pianeta, impartisce un piccolo impulso al nostro pianeta nella direzione opposta, simile al rinculo di una pistola. Fortunatamente per noi, ma sfortunatamente allo scopo di spostare la Terra, questo effetto è incredibilmente piccolo.

Il veicolo di lancio più capace oggi è lo SpaceX Falcon Heavy. Avremmo bisogno di 300 miliardi di miliardi di lanci a piena capacità per raggiungere il cambiamento dell’orbita su Marte. Il materiale che compone tutti questi razzi sarebbe equivalente all’85% della Terra, lasciandone solo il 15% nell’orbita di Marte. Un propulsore elettrico sarebbe un modo molto più efficiente per accelerare la massa, in particolare le unità ioniche, che funzionano facendo esplodere un flusso di particelle cariche che spingono la nave in avanti. Potremmo puntare e lanciare un propulsore elettrico nella direzione finale dell’orbita terrestre. Il propulsore sovradimensionato dovrebbe essere 1.000 chilometri sopra il livello del mare, oltre l’atmosfera terrestre, ma ancora saldamente collegato alla Terra con un raggio rigido, per trasmettere la forza di spinta. Con un raggio ionico sparato a 40 chilometri al secondo nella giusta direzione, avremmo comunque bisogno di espellere l’equivalente del 13% della massa della Terra in ioni per spostare il restante 87%. Poiché la luce trasporta quantità di moto, ma nessuna massa, possiamo anche essere in grado di alimentare continuamente un raggio di luce focalizzato, come un laser. La potenza richiesta sarebbe raccolta dal sole e nessuna massa terrestre sarebbe stata consumata. Anche utilizzando l’enorme impianto laser da 100GW previsto dal progetto “Breakthrough Starshot”, che mira a spingere il veicolo spaziale fuori dal sistema solare per esplorare le stelle vicine, ci vorranno ancora tre miliardi di miliardi di anni di uso continuo per ottenere il cambiamento orbitale.

Vela a energia solare, "The Planetary Society” - Rick SternbachMa la luce può anche essere riflessa direttamente dal Sole sulla Terra usando una vela solare posizionata vicino a noi. I ricercatori hanno dimostrato che sarebbe necessario un disco riflettente 19 volte più grande del diametro della Terra per ottenere il cambiamento orbitale su un orizzonte temporale di un miliardo di anni. Un’altra tecnica ben nota per due corpi orbitanti per scambiare lo slancio e cambiare la velocità è il passaggio stretto o “fionda gravitazionale”. Questo tipo di manovra è stato ampiamente utilizzato dalle sonde interplanetarie. Ad esempio, la nave spaziale “Rosetta” che ha visitato la cometa 67P nel 2014-2016, durante il suo viaggio di dieci anni verso la cometa è passata due volte nelle vicinanze della Terra, nel 2005 e nel 2007. Di conseguenza, il campo gravitazionale della Terra ha impartito un’accelerazione sostanziale a Rosetta, che sarebbe stata irrealizzabile utilizzando esclusivamente i propulsori, mentre la Terra stessa ha ricevuto un impulso opposto e uguale, sebbene questo non abbia avuto alcun effetto misurabile legato alla massa della Terra.

Traiettoria della "Missione Rosetta” - NASA / JPLE se potessimo eseguire una manovra a fionda, usando qualcosa di molto più massiccio di un veicolo spaziale? Gli asteroidi possono certamente essere reindirizzati dalla Terra, e anche se l’effetto reciproco sull’orbita terrestre risulta essere infinitesimale, questa azione può essere ripetuta numerose volte per ottenere un considerevole cambiamento di orbita terrestre. Alcune regioni del sistema solare sono dense di piccoli corpi come asteroidi e comete, la massa di molti dei quali è abbastanza piccola da essere spostata con una tecnologia realistica, ma ancora ordini di grandezza più grandi di quelli che possono essere realisticamente lanciati dalla Terra. Con un’accurata progettazione della traiettoria, è possibile sfruttare il cosiddetto “leveraggio Δv”, in base al quale un piccolo corpo può essere spinto fuori dalla sua orbita e di conseguenza oscillare oltre la Terra, fornendo un impulso molto più grande al nostro pianeta. Questo può sembrare eccitante, ma è stato stimato che avremmo bisogno di un milione di passaggi ravvicinati di asteroidi, ognuno a distanza di qualche migliaio di anni, per tenere il passo con l’espansione del Sole.

Tra tutte le opzioni disponibili, l’uso di più fionde di asteroidi sembra la più probabile al momento. Ma in futuro la chiave potrebbe essere sfruttare la Luce, se impariamo come costruire strutture spaziali giganti o lasersuper potenti. Questi potrebbero anche essere usati per l’esplorazione dello Spazio. Anche se è teoricamente possibile, e potrebbe un giorno essere tecnicamente fattibile, potrebbe essere più facile spostare la nostra specie suMarte, nostro vicino planetario, che potrebbe sopravvivere alla distruzione devastante causata dell'espansione Sole. Dopo tutto, siamo già atterrati e abbiamo sondato la sua superficie diverse volte. Dopo aver considerato quanto sarebbe impegnativo spostare la Terra, colonizzando Marte, rendendolo abitabile e spostando la popolazione terrestre nel tempo, potrebbe non essere poi così difficile.