Trong bộ phim khoa học viễn tưởng Trung Quốc The Wandering Earth, vừa được phát hành trên Netflix, loài người cố gắng thay đổi quỹ đạo Trái đất bằng cách sử dụng các bộ đẩy khổng lồ để thoát khỏi mặt trời đang mở rộng - và ngăn va chạm với Sao Mộc.
Kịch bản một ngày nào đó có thể trở thành sự thật. Trong năm tỷ năm nữa, mặt trời sẽ hết nhiên liệu và mở rộng, rất có thể nhấn chìm Trái đất. Một mối đe dọa ngay lập tức hơn là một ngày tận thế nóng lên toàn cầu. Di chuyển Trái đất lên quỹ đạo rộng hơn có thể là một giải pháp - và về mặt lý thuyết là có thể.
Nhưng làm thế nào chúng ta có thể đi về nó và những thách thức kỹ thuật là gì? Để tranh luận, chúng ta hãy giả sử rằng chúng ta đặt mục tiêu di chuyển Trái đất từ quỹ đạo hiện tại của nó sang quỹ đạo xa hơn 50% so với mặt trời, tương tự như Sao Hỏa '.
Chúng tôi đã nghĩ ra các kỹ thuật để di chuyển các vật thể nhỏ - tiểu hành tinh - khỏi quỹ đạo của chúng trong nhiều năm, chủ yếu là để bảo vệ hành tinh của chúng ta khỏi các tác động. Một số dựa trên một hành động bốc đồng và thường phá hủy: một vụ nổ hạt nhân gần hoặc trên bề mặt của tiểu hành tinh, hoặc một "tác nhân động học", ví dụ như một tàu vũ trụ va chạm với tiểu hành tinh với vận tốc cao. Đây rõ ràng là không thể áp dụng cho Trái đất do tính chất hủy diệt của chúng.
Thay vào đó, các kỹ thuật khác liên quan đến một cú đẩy rất nhẹ nhàng, liên tục trong một thời gian dài, được cung cấp bởi một tàu kéo neo đậu trên bề mặt của tiểu hành tinh, hoặc một con tàu vũ trụ bay gần nó (đẩy qua trọng lực hoặc các phương pháp khác). Nhưng điều này là không thể đối với Trái đất vì khối lượng của nó rất lớn so với các tiểu hành tinh lớn nhất.
Máy đẩy điện
Chúng ta thực sự đã di chuyển Trái đất từ quỹ đạo của nó. Mỗi khi một tàu thăm dò rời Trái đất sang một hành tinh khác, nó sẽ truyền một xung nhỏ tới Trái đất theo hướng ngược lại, tương tự như độ giật của súng. May mắn cho chúng ta - nhưng không may cho mục đích di chuyển Trái đất - hiệu ứng này cực kỳ nhỏ.
FalconX của SpaceX là phương tiện phóng có khả năng cao nhất hiện nay. Chúng ta sẽ cần 300 tỷ tỷ lần phóng hết công suất để đạt được sự thay đổi quỹ đạo lên Sao Hỏa. Vật liệu tạo nên tất cả các tên lửa này sẽ tương đương với 85% Trái đất, chỉ còn lại 15% Trái đất trên quỹ đạo Sao Hỏa.
Máy đẩy điện là một cách hiệu quả hơn nhiều để tăng tốc khối lượng - đặc biệt là các ổ ion, hoạt động bằng cách bắn ra một dòng các hạt tích điện đẩy tàu về phía trước. Chúng ta có thể chỉ và bắn một máy đẩy điện theo hướng đi theo quỹ đạo của Trái đất.
Bộ đẩy quá khổ phải ở độ cao 1.000 km so với mực nước biển, vượt ra ngoài bầu khí quyển của Trái đất, nhưng vẫn gắn chặt với Trái đất bằng một chùm cứng, để truyền lực đẩy. Với một chùm ion bắn với tốc độ 40 km mỗi giây theo đúng hướng, chúng ta vẫn cần phải phóng ra tương đương 13% khối lượng Trái đất trong các ion để di chuyển 87% còn lại.
Đi thuyền trên ánh sáng
Khi ánh sáng mang theo động lượng, nhưng không có khối lượng, chúng ta cũng có thể liên tục cung cấp năng lượng cho một chùm ánh sáng tập trung, chẳng hạn như laser. Công suất cần thiết sẽ được thu thập từ mặt trời và không có khối lượng Trái đất nào được tiêu thụ. Ngay cả khi sử dụng nhà máy laser 100GW khổng lồ được dự tính bởi dự án Đột phá Starshot, nhằm mục đích đẩy tàu vũ trụ ra khỏi hệ mặt trời để khám phá các ngôi sao lân cận, vẫn phải mất ba tỷ tỷ năm sử dụng liên tục để đạt được sự thay đổi quỹ đạo.
Nhưng ánh sáng cũng có thể được phản xạ trực tiếp từ mặt trời đến Trái đất bằng cách sử dụng một cánh buồm mặt trời đóng bên cạnh Trái đất. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó sẽ cần một đĩa phản chiếu lớn hơn 19 lần đường kính Trái đất để đạt được sự thay đổi quỹ đạo trong khoảng thời gian một tỷ năm.
Bi-a liên hành tinh
Một kỹ thuật nổi tiếng để hai cơ thể quay quanh để trao đổi động lượng và thay đổi vận tốc của chúng là với một đoạn gần, hoặc súng cao su hấp dẫn. Kiểu điều động này đã được sử dụng rộng rãi bởi các tàu thăm dò liên hành tinh. Ví dụ, tàu vũ trụ Rosetta đã ghé thăm sao chổi 67P vào năm 2014-2016, trong hành trình mười năm tới sao chổi được truyền qua vùng lân cận Trái đất hai lần, vào năm 2005 và 2007.
Kết quả là, trường hấp dẫn của Trái đất đã truyền đạt một gia tốc đáng kể cho Rosetta, điều mà sẽ không thể thực hiện được nếu chỉ sử dụng bộ đẩy. Do đó, Trái đất nhận được một xung lực ngược lại và bằng nhau - mặc dù điều này không có bất kỳ ảnh hưởng nào có thể đo lường được do khối lượng của Trái đất.
Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể thực hiện súng cao su, sử dụng thứ gì đó nặng hơn nhiều so với tàu vũ trụ? Các tiểu hành tinh chắc chắn có thể được Trái đất chuyển hướng và trong khi hiệu ứng tương hỗ trên quỹ đạo Trái đất sẽ rất nhỏ, hành động này có thể được lặp đi lặp lại nhiều lần để cuối cùng đạt được sự thay đổi quỹ đạo Trái đất đáng kể.
Một số khu vực của hệ mặt trời dày đặc với các vật thể nhỏ như thiên thạch và sao chổi, khối lượng của chúng đủ nhỏ để di chuyển bằng công nghệ thực tế, nhưng vẫn có những đơn đặt hàng lớn hơn những gì có thể phóng ra từ Trái đất.
Với thiết kế quỹ đạo chính xác, có thể khai thác cái gọi là "đòn bẩy" - một cơ thể nhỏ có thể bị đẩy ra khỏi quỹ đạo của nó và kết quả là vượt qua Trái đất, cung cấp một xung lực lớn hơn nhiều cho hành tinh của chúng ta. Điều này có vẻ thú vị, nhưng người ta ước tính rằng chúng ta sẽ cần một triệu lượt tiểu hành tinh gần như vậy, mỗi lần cách nhau khoảng vài nghìn năm, để theo kịp sự mở rộng của mặt trời.
Lời phán quyết
Trong tất cả các tùy chọn có sẵn, sử dụng nhiều súng cao su tiểu hành tinh dường như có thể đạt được nhất ngay bây giờ. Nhưng trong tương lai, khai thác ánh sáng có thể là chìa khóa - nếu chúng ta học cách xây dựng các cấu trúc không gian khổng lồ hoặc các mảng laser siêu mạnh. Chúng cũng có thể được sử dụng để khám phá không gian.
Nhưng mặc dù về mặt lý thuyết là có thể, và một ngày nào đó có thể khả thi về mặt kỹ thuật, nhưng thực sự có thể dễ dàng di chuyển loài của chúng ta đến người hàng xóm kế bên hành tinh của chúng ta, Mars, có thể sống sót sau sự hủy diệt của mặt trời. Rốt cuộc, chúng tôi đã hạ cánh và quay vòng trên bề mặt của nó nhiều lần.
Sau khi xem xét việc di chuyển Trái đất sẽ khó khăn như thế nào, xâm chiếm Sao Hỏa, khiến nó có thể ở được và di chuyển dân số Trái đất ở đó theo thời gian, nghe có vẻ không khó khăn lắm.
Matteo Ceriotti, Giảng viên về kỹ thuật hệ thống vũ trụ, Đại học Glasgow
