ネットフリックスで最近リリースされた中国のサイエンスフィクション映画「放浪する地球」では、人類は巨大なスラスタを使用して地球の軌道を変え、拡大する太陽を逃れ、木星との衝突を防止しようとします。
シナリオはいつか実現するかもしれません。 50億年後、太陽は燃料を使い果たして膨張し、おそらく地球を飲み込みます。より差し迫った脅威は、地球温暖化の黙示録です。地球をより広い軌道に移動することは解決策になる可能性があり、それは理論的には可能です。
しかし、どうすればそれを実現でき、エンジニアリングの課題は何ですか？議論のために、火星と同様に、地球を現在の軌道から太陽から50％離れた軌道に移動することを目的としていると仮定します。
私たちは長年、主に衝撃から地球を保護するために、小惑星-小惑星-をその軌道から移動させる技術を考案してきました。一部は衝撃的で、しばしば破壊的なアクションに基づいています。小惑星の表面またはその近くの核爆弾、または「運動インパクター」、たとえば小惑星と高速で衝突する宇宙船。これらは破壊的な性質を持っているため、地球には明らかに適用されません。
その代わりに、小惑星の表面にドッキングされたタグボート、またはその近くをホバリングしている宇宙船（重力または他の方法で押し出す）が提供する、非常に穏やかな、長時間にわたる連続的な押し込みを伴う技術もあります。しかし、その質量は最大の小惑星でさえも巨大なので、これは地球にとって不可能です。
電気スラスタ
私たちは実際に地球をその軌道から動かしています。探査機が別の惑星に向けて地球を離れるたびに、銃の反動と同様に、地球に反対方向に小さな衝撃を与えます。幸いにも私たちにとって-残念ながら地球を動かす目的のために-この効果は信じられないほど小さいです。
SpaceXのFalcon Heavyは、今日最も有能なロケットです。火星への軌道変更を達成するためには、フル稼働で3000億億回の打ち上げが必要になります。これらすべてのロケットを構成する物質は地球の85％に相当し、火星の軌道には地球の15％しか残りません。
電気スラスタは、質量を加速するためのはるかに効率的な方法です。特に、イオンドライブは、容器を前方に推進する荷電粒子のストリームを発射することによって機能します。地球の軌道の後方に電気スラスタを向けて発射することができました。
特大のスラスタは、海抜1000キロで、地球の大気を超えている必要がありますが、押し付け力を伝達するために、剛体ビームでしっかりと地球に取り付けられている必要があります。イオンビームが毎秒40キロで正しい方向に発射されている場合でも、残りの87％を移動するには、地球の質量の13％相当のイオンを放出する必要があります。
光のセーリング
光には運動量がありますが、質量はないため、レーザーなどの集束された光ビームに継続的に電力を供給できる場合があります。必要な電力は太陽から収集され、地球の質量は消費されません。隣接する星を探査するために太陽系から宇宙船を推進することを目的とするブレイクスルースターショットプロジェクトによって想定された巨大な100GWレーザープラントを使用したとしても、軌道の変化を達成するには30億年の継続的な使用が必要です。
しかし、地球の隣に配置されたソーラーセイルを使用して、光を太陽から地球に直接反射することもできます。研究者は、10億年の時間スケールで軌道の変化を実現するには、地球の直径の19倍の反射ディスクが必要であることを示しています。
惑星間ビリヤード
2つの軌道運動体が運動量を交換してその速度を変更するためのよく知られた手法は、接近路、または重力スリングショットを使用することです。このタイプの操作は、惑星間探査機で広く使用されています。たとえば、2014年から2016年に67P彗星を訪れたロゼッタ宇宙船は、2005年と2007年の2年間、地球の近くを2回通過した彗星です。
その結果、地球の重力場がロゼッタにかなりの加速を与えましたが、それはスラスタだけでは達成できなかったでしょう。その結果、地球は反対の等しい衝撃を受けました-これは地球の質量のために測定可能な影響はありませんでした。
しかし、宇宙船よりもはるかに重いものを使用して、パチンコを実行できるとしたらどうでしょう。小惑星は確かに地球によって方向を変えることができます、そして、地球の軌道への相互影響は小さいですが、この行動は最終的にかなりの地球軌道の変化を達成するために何度も繰り返すことができます。
太陽系の一部の領域は、小惑星や彗星などの小さな天体が密集しており、その多くの質量は現実的な技術で動かすのに十分小さいが、地球から現実的に打ち上げることができるものよりも桁違いに大きい。
正確な軌道設計により、いわゆる「Δvレバレッジ」を利用することができます。小さな物体がその軌道から動かされ、その結果、地球を通り過ぎてスイングし、地球にはるかに大きな衝撃を与える可能性があります。これはエキサイティングに思えるかもしれませんが、太陽の膨張に追いつくには、それぞれ数千年の間隔をあけて、100万のそのような小惑星の接近が必要になると推定されています。
評決
利用可能なすべてのオプションの中で、複数の小惑星のパチンコを使用することが、現時点で最も達成可能であるようです。しかし、将来的には、巨大な宇宙構造物や超強力なレーザーアレイを構築する方法を学ぶ場合、光を利用することが鍵になるかもしれません。これらは宇宙探査にも使用できます。
しかし、理論的には可能であり、いつかは技術的に実現可能かもしれませんが、太陽の破壊に耐えられるかもしれない惑星の隣の火星に種を移動する方が実際には簡単かもしれません。結局、私たちはすでに着陸し、その表面を数回ロービングしました。
地球を動かすこと、火星を植民地化すること、それを居住可能にし、時間とともに地球の人口を動かすことの難しさを検討した結果、結局それほど難しくはないかもしれません。
Matteo Ceriotti、宇宙システム工学講師、 グラスゴー大学
