از تخیل تا واقعیت؛ چگونه می‌‌توان زمین را به مداری دورتر منتقل کرد؟

به‌‌تازگی فیلمی علمی‌‌تخیلی از سینمای چین به‌نام زمین سرگردان (The Wandering Earth) در‌حال‌اکران است که در آن تلاش بشر برای زنده‌‌ماندن در دوران افول خورشید و انبساط این ستاره‌ی روبه‌مرگ به‌‌تصویر کشیده می‌شود. فیلم برای فرار از حرارت سوزان خورشید، راه‌‌حلی عجیب و دورازذهن پیشنهاد کرده است: تغییر مدار سیاره‌‌ی زمین. داستان این فیلم ممکن است روزی به‌‌واقعیت بپیوندد. 

در پنج میلیارد سال آینده، سوخت خورشید به‌پایان خواهد رسید و این ستاره‌‌ی روبه‌‌مرگ با انبساطی تدریجی، زمین را خواهد بلعید. شاید تهدیدی مشابه که در‌حال‌حاضر بیشتر محتمل به‌‌نظر می‌‌رسد، همین بحران تغییرات اقلیمی باشد که ما را به اقدامی عاجل برای نجات سیاره مجبور کند. بااین‌حال، نکته‌‌ی جالب این است که جابجایی سیاره‌‌ی زمین به یک مدار دورتر، حداقل از لحاظ نظری امکان‌‌پذیر است. با تمام این‌ها، چگونه چنین چیزی ممکن است و مشکلات مهندسی پیش‌‌ روی ما چیست؟ برای شروع اجازه دهید فرض کنیم می‌‌خواهیم زمین را به مداری ۵۰ درصد دورتر از مدار فعلی آن منتقل کنیم؛ یعنی تقریبا همان فاصله‌‌ای که امروزه مریخ در آن قرار گرفته است.

فیلم زمین سرگردان، محصول تازه‌ی سینمای چین، به سناریوی جابه‌جایی سیاره‌ی زمین از مدار خود اشاره می‌کند.

در سالیان گذشته، توانسته بودیم تکنیک‌‌هایی ابداع کنیم که با آن می‌‌توان سیارک‌‌ها را به‌‌منظور جلوگیری از برخورد احتمالی با زمین از مسیر حرکت خود خارج کرد. برخی از این روش‌‌ها برپایه‌‌ی اقدام سریع و اغلب مخرب هستند؛ مانند انفجار هسته‌ای در نزدیکی یا روی سطح سیارک. روش دیگر نیز برخورد جنبشی است؛ مانند فضاپیمایی که با سرعت زیاد به سیارک برخورد می‌‌کند.

بااین‌حال، واضح است که استفاده از چنین روش‌‌هایی روی زمین به‌‌‌دلیل اثرهای تخریبی آن روی طبیعت، اجراشدنی نیست. تکنیک‌های دیگری نیز وجود دارد که برمبنای اعمال فشار بسیار ملایم، اما مداوم در مدتی طولانی است که می‌‌تواند فضاپیمایی پهلوگرفته روی سطح سیارک یا شناور در نزدیکی آن تأمین کند (ازطریق گرانش یا روش‌های دیگر). باوجوداین، این روش هم درباره‌ی زمین غیرعملی است؛ چون جرم آن در‌مقایسه‌با بزرگ‌ترین سیارک‌‌های موجود نیز بسیار زیاد است.

پیشرانه‌‌های الکتریکی

درواقع، قبلا هم زمین را از مدار خود جابه‌جا کرده‌ایم. هربار که کاوشگر زمین را به‌‌ مقصد سیاره‌‌ای دیگر ترک می‌‌کند، ضربه‌ی کوچکی در جهت مخالف پرتاب به زمین وارد می‌‌شود (چیزی شبیه به لگدزنی یک تفنگ هنگام شلیک)؛ اما متأسفانه چنین نیرویی برای حرکت‌‌دادن زمین بسیار اندک است.

تصویری از لحظه‌‌ی پرتاب فالکون هِوی

امروزه، مؤثرترین وسیله‌‌ی پرتاب دراختیار ما، پرتابگر فالکون هِوی ساخت شرکت اسپیس‌‌ایکس (SpaceX) است؛ اما برای آنکه بتوانیم زمین را به مدار مریخ انتقال دهیم، به انجام ۳۰۰ میلیارد میلیارد پرتاب با ظرفیت کامل نیاز خواهد بود. بدتر از همه اینکه میزان مواد موردنیاز برای ساخت این موشک‌‌ها معادل ۸۵درصد از جرم زمین است؛ این یعنی پس از اجرای چنین عملیاتی، تنها ۱۵ درصد از زمین باقی خواهد ماند.

پیشرانه‌‌ی الکتریکی روشی بسیار کارآمدتر برای شتاب‌‌بخشیدن به اجرام است؛ به‌‌خصوص پیشرانه‌‌های یونی که با شلیک جریان ذرات باردار به جلو حرکت می‌کند. این امکان وجود دارد که از پیشرانه‌‌ای الکتریکی برای حرکت‌‌دادن زمین به‌‌سمت مدار موردنظر بهره برد. پیشرانه‌‌ی الکتریکی موردنیاز باید در ارتفاع ۱۰۰۰ کیلومتری بالاتر از سطح دریا، خارج از اتمسفر زمین قرار گیرد و با کمک پرتوی قدرتمند بتواند نیروی فشاری لازم را به زمین وارد کند. با درنظرگرفتن باریکه‌‌ی یونی قدرتمندی که با سرعت ۴۰ کیلومتربرثانیه در جهت صحیح شلیک شود، ما هنوزهم به شلیک جرمی معادل ۱۳ درصد جرم زمین به‌‌صورت یون نیاز خواهیم داشت تا بتوان انرژی لازم را برای حرکت‌‌دادن ۸۷ درصد باقی‌‌مانده‌‌ از زمین فراهم کرد.

بادبان‌‌های نوری

نور هیچ جرمی ندارد؛ اما تکانه دارد؛ ازاین‌‌رو، ممکن است بتوانیم از پرتو متمرکز نوری مانند لیزر برای فراهم‌‌کردن این نیرو بهره بگیریم. دراین‌صورت، انرژی موردنیاز از خورشید تأمین خواهد شد و هیچ مقداری از جرم زمین از دست نخواهد رفت. حتی با استفاده از نیروگاه لیزری ۱۰۰ گیگاواتی بزرگی که قرار است پروژه‌‌ی Breakthrough Starshot با هدف هدایت فضاپیما به خارج از منظومه‌‌ی شمسی راه‌‌اندازی کند، زمانی حدود سه میلیارد میلیارد سال طول خواهد کشید تا بتوان به جابه‌جایی مداری موردنیاز دست یافت.

تصویری مفهومی از بادبان نوری کوچک

علاوه‌‌براین، با کمک یک بادبان نوری (خورشیدی) مستقر در همسایگی زمین نیز می‌‌توان نور را مستقیما از خورشید به زمین منعکس کرد. پژوهشگران نشان داده‌اند به دیسکی انعکاسی با ابعادی ۱۹ برابر بزرگ‌تر از قطر زمین برای جابه‌جایی مداری زمین در دوره‌‌ی زمانی یک میلیارد ساله نیاز خواهد بود.

بیلیارد میان‌‌سیاره‌ای

روشی شناخته‌شده برای تبادل تکانه‌ی میان دو جسم در‌حال‌گردش و درنتیجه تغییر سرعت آن‌ها، استفاده از مجرای نزدیک یا به‌‌عبارتی اثر کمک‌‌گرانشی است. کاوشگرهای بین‌‌سیاره‌ای از این نوع مانور بسیار زیاد استفاده می‌کنند. به‌‌عنوان مثال، فضاپیمای رزتا که در سفر ۱۰ ساله‌‌ی خود توانسته بود از نزدیکی ستاره‌‌ی‌‌ دنباله‌‌دار 67P عبور کند، پیش‌ازاین رویداد، دوبار بین سال‌‌های ۲۰۰۵ تا ۲۰۰۷ از مجاورت زمین عبور کرد.

درنتیجه‌‌ی چنین مانوری، میدان گرانشی زمین شتاب درخورتوجهی به رزتا داد که دسترسی به آن، صرفا با استفاده از پیشرانه‌‌ها غیرممکن بود. البته در این مانور، نیرویی برابر و درجهت مخالف به زمین وارد شد؛ گرچه باتوجه‌به جرم زمین، اثر این نیرو درخورتوجه نبود. بااین‌حال، چه می‌شود اگر بتوانیم از همین اثر کمک‌‌گرانشی درزمینه‌ی اجرامی بسیار بزرگ‌‌تر از کاوشگر بهره ببریم؟ مسیر حرکت سیارک‌ها قطعا می‌توانند تحت‌‌تأثیر جرم زمین قرار گیرد. با اینکه تأثیر متقابل این نیرو روی جابه‌جایی مدار زمین بسیار اندک است، این عمل می‌تواند چندین‌بار تکرار شود تا نهایتا به جابه‌جایی درخورتوجه در مدار زمین برسیم.

مسیر مانور کاوشگر رزتا

راهکار نهایی

در میان تمام راهکارهای مطرح‌‌شده، استفاده از کمک‌‌گرانش سیارک‌‌ها احتمالا دردسترس‌‌ترین گزینه‌‌ی پیش رو است؛ ولی در آینده، ممکن است بهره‌برداری از روش‌‌های بادبان‌‌های نوری به‌‌صرفه‌‌تر باشد. البته بهره‌‌برداری از این گزینه نیز مستلزم آن است که تا آن موقع بتوانیم به فناوری ساخت سازه‌‌های غول‌‌پیکر فضایی یا آرایه‌‌های لیزری بسیار قدرتمند دست پیدا کنیم. این فناوری‌‌ها حتی در اکتشافات فضایی هم کارایی خواهند داشت.

فعلا چنین روش‌‌هایی ازلحاظ نظری امکان‌‌پذیر هستند و همچنین ممکن است روزی ازلحاظ فنی نیز انجامشان مقدور شود؛ اما شاید بهتر باشد که برای فرار از سرنوشت تلخ زمین در روزی که خورشید آن را می‌‌بلعد، خود به‌‌همراه نسلمان به سیاره‌‌ای دیگر مانند مریخ پناه ببریم. دست‌کم همین حالا نیز تاحدودی با شرایط این سیاره آشنایی داریم و چندین‌بار کاوشگرهای خود را روی آن فرود آورده‌‌ایم. حال که با دقت بیشتری مشکلات پیش‌‌رو در انتقال زمین به مدارهای دورتر را در نظر می‌‌گیریم، شاید کلونی‌‌سازی مریخ و سکونت‌‌پذیرکردن آن و نهایتا انتقال تدریجی جمعیت زمین به آنجا هم آن‌‌چنان که تصور می‌‌کنیم، غیرمنطقی نباشد.