Nel film di fantascienza cinese The Wandering Earth, recentemente pubblicato su Netflix, l'umanità tenta di cambiare l'orbita terrestre 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 esaurirà il carburante e si espanderà, molto probabilmente inghiottendo la Terra. Una minaccia più immediata è un'apocalisse di riscaldamento globale. Spostare la Terra su un'orbita più ampia potrebbe essere una soluzione - ed è possibile in teoria.
Ma come possiamo procedere e quali sono le sfide ingegneristiche? Per ragioni di argomento, supponiamo che miriamo a spostare la Terra dalla sua orbita attuale a un'orbita del 50% più lontana dal sole, simile a quella di Marte.
Abbiamo ideato tecniche per spostare piccoli corpi - asteroidi - dalla loro orbita per molti anni, principalmente per proteggere il nostro pianeta dagli impatti. Alcuni si basano su un'azione impulsiva e spesso distruttiva: un'esplosione nucleare vicino o sulla superficie dell'asteroide o un "impatto cinetico", ad esempio un veicolo spaziale che si scontra con l'asteroide ad alta velocità. Questi non sono chiaramente applicabili alla Terra a causa della loro natura distruttiva.
Altre tecniche invece comportano una spinta molto delicata e continua a lungo, fornita da un rimorchiatore ancorato sulla superficie dell'asteroide o da un veicolo spaziale che si libra vicino ad esso (spingendo attraverso la gravità o altri metodi). Ma questo sarebbe impossibile per la Terra poiché la sua massa è enorme rispetto anche ai più grandi asteroidi.
Propulsori elettrici
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 alla Terra nella direzione opposta, simile al rinculo di una pistola. Fortunatamente per noi - ma purtroppo allo scopo di muovere la Terra - questo effetto è incredibilmente piccolo.
Falcon Heavy di SpaceX è il veicolo di lancio più capace oggi. Avremmo bisogno di 300 miliardi di miliardi di lanci a piena capacità per realizzare il cambiamento dell'orbita su Marte. Il materiale che costituisce tutti questi missili sarebbe equivalente all'85% della Terra, lasciando solo il 15% della Terra in orbita su Marte.
Un propulsore elettrico è un modo molto più efficiente per accelerare la massa, in particolare i drive ionici, che funzionano sparando un flusso di particelle cariche che spingono la nave in avanti. Potremmo puntare e sparare un propulsore elettrico nella direzione finale dell'orbita terrestre.
Il propulsore sovradimensionato dovrebbe essere 1.000 chilometri sopra il livello del mare, al di là dell'atmosfera terrestre, ma ancora solidamente attaccato 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 negli ioni per spostare il restante 87%.
Navigando sulla luce
Poiché la luce trasporta quantità di moto, ma nessuna massa, potremmo 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 consumata. Anche usando l'enorme impianto laser da 100 GW previsto dal progetto Breakthrough Starshot, che mira a spingere il veicolo spaziale fuori dal sistema solare per esplorare le stelle vicine, occorrerebbero comunque tre miliardi di miliardi di anni di uso continuo per ottenere il cambiamento orbitale.
Ma la luce può anche essere riflessa direttamente dal sole sulla Terra usando una vela solare posizionata vicino alla Terra. I ricercatori hanno dimostrato che avrebbe bisogno di un disco riflettente 19 volte più grande del diametro terrestre per ottenere il cambiamento orbitale in un arco temporale di un miliardo di anni.
Biliardo interplanetario
Una tecnica ben nota per due corpi in orbita per scambiare lo slancio e cambiare la loro velocità è con un passaggio ravvicinato o una fionda gravitazionale. Questo tipo di manovra è stato ampiamente utilizzato dalle sonde interplanetarie. Ad esempio, la navicella spaziale Rosetta che ha visitato la cometa 67P nel 2014-2016, durante il suo decennio di viaggio verso la cometa è passata due volte in prossimità della Terra, nel 2005 e nel 2007.
Di conseguenza, il campo di gravità della Terra impartì una sostanziale accelerazione a Rosetta, che sarebbe stato irrealizzabile usando solo i propulsori. Di conseguenza, la Terra ha ricevuto un impulso opposto ed uguale - sebbene ciò non abbia avuto alcun effetto misurabile a causa della massa terrestre.
E se potessimo eseguire una fionda, usando qualcosa di molto più massiccio di un veicolo spaziale? Gli asteroidi possono certamente essere reindirizzati dalla Terra, e mentre l'effetto reciproco sull'orbita terrestre sarà minuscolo, questa azione può essere ripetuta più volte per ottenere infine un notevole cambiamento dell'orbita terrestre.
Alcune regioni del sistema solare sono piene di piccoli corpi come asteroidi e comete, la cui massa di molti dei quali è abbastanza piccola da essere spostata con una tecnologia realistica, ma ordini di grandezza ancora più grandi di ciò che può essere realisticamente lanciato dalla Terra.
Con un accurato design della traiettoria, è possibile sfruttare il cosiddetto "sfruttamento di Δv" - 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 questi asteroidi, ciascuno distanziato di qualche migliaio di anni l'uno dall'altro, per tenere il passo con l'espansione del sole.
Il verdetto
Di tutte le opzioni disponibili, l'utilizzo di più fionde di asteroidi sembra il più realizzabile in questo momento. Ma in futuro, lo sfruttamento della luce potrebbe essere la chiave - se impariamo a costruire strutture spaziali giganti o array laser super potenti. Questi potrebbero anche essere usati per l'esplorazione dello spazio.
Ma mentre è teoricamente possibile, e un giorno potrebbe essere tecnicamente fattibile, in realtà potrebbe essere più semplice spostare la nostra specie sul nostro vicino planetario della porta accanto, Marte, che potrebbe sopravvivere alla distruzione del sole. Dopotutto, siamo già atterrati e rovesciato la sua superficie più volte.
Dopo aver considerato quanto sarebbe difficile spostare la Terra, colonizzare Marte, renderla abitabile e spostare la popolazione terrestre nel tempo, potrebbe non sembrare poi così difficile.
Matteo Ceriotti, Docente di ingegneria dei sistemi spaziali, Università di Glasgow
