23 oktober 2019

Kunnen we de aarde verplaatsen?

‘Kunnen we de aarde naar een andere baan verplaatsen?’ Over deze vraag boog zich recentelijk Matteo Ceriotti, een raketwetenchapper van de Universiteit van Glasgow. Opdat we niet door de zon opgeslokt worden in de toekomst, of in het geval we anderszins geconfronteerd gaan worden met een voor de aarde potentiële bedreiging als een asteroïde inslag, zou dit eventueel een mogelijke oplossing kunnen vormen, zo beredeneerde Ceriotti. Het artikel waarin hij het thema onder de loep neemt, verscheen recent in The Conversation, een uitgave waar de Universiteit van Glasgow gelieerd aan is.

Stanley Schmidts Lifeboat Earth, 1978 credits; Amazon

Oud idee, grote uitdaging
Deze ingenieur is zeker niet de enige die ooit over deze bijzondere mogelijkheid heeft nagedacht en geprobeerd om dit in grove lijnen uit te werken. Ooit kwam de wereldberoemde Britse natuurkundige Freeman Dyson met een dergelijk idee. In het boek ‘Project Orion; the True Story of the Atomic Spaceship’, 2002, geschreven door Dysons zoon George, oppert Dyson het idee om de aarde als geheel af te breken en elders in het zonnestelsel, of daarbuiten, weer op te bouwen. In het boek ‘Als de zon sterft’, 1994, van de Italiaanse schrijfster Oriana Fallaci, wisselt de schrijfster van gedachten met de, inmiddels overleden, Duits/Amerikaanse raketwetenschappers en Scifi schrijvers Ernst Stuhlinger en  Willy Ley over wat er zou gebeuren als de zon sterft of als de mensheid om wat voor reden dan ook de aarde moet verlaten, waarin mede het verplaatsen van de aarde als geheel naar een andere baan aangehaald wordt. Ook de novelle van de Amerikaanse Scifi schrijver Stanley Schmidt, ‘A Thrust of Greatness’, 1978, verhaalt over dit thema. Meer recent, in de Chinese Scifi film ‘The Wandering Earth’, onlangs op Netflix uitgekomen, probeert de mensheid de baan van de aarde te veranderen met gebruik van enorme motoren om te ontsnappen aan de expanderende zon – en een botsing met Jupiter te voorkomen. Ooit zal het inderdaad zover komen dat ergens over een vijf miljard jaren de zon al zijn brandstof verbruikt heeft, expandeert en de aarde opgeslokt wordt. Maar ook voor andere problemen als een mogelijke opwarming van de aarde, is nagedacht over deze oplossing, het verplaatsen van de aarde naar een andere baan – en in theorie zou het volgens deze ingenieur mogelijk moeten zijn.

Voor de aanpak en technische uitdagingen gaat Ceriotti uit van een streven om de aarde van zijn huidige baan te verplaatsen naar een baan 50% verder van de zon, vergelijkbaar met die van Mars. Er zijn technieken bedacht om asteroïden van koers te doen wijzigen, voornamelijk om de aarde grote inslagen te besparen. Sommige oplossingen zijn gebaseerd op een impulsieve en vaak destructieve actie: een nucleaire explosie in de buurt van of op het oppervlak van de asteroïde, of een ‘kinetisch botslichaam’, bijvoorbeeld een ruimtevaartuig dat met hoge snelheid tegen de asteroïde botst. Deze zijn duidelijk niet van toepassing op de aarde vanwege hun destructieve karakter. Andere technieken zijn van geheel andere aard, bijvoorbeeld een bescheiden maar wel continue duw gedurende een lange periode, geleverd door een soort ‘tug’ sleepvaartuig aangemeerd op het oppervlak van de asteroïde. Echter dit zou voor de aarde onmogelijk zijn, omdat de massa ervan enorm is in vergelijking met zelfs de grootste asteroïden.

Aarde opgeslokt door de uitdijende zon, artistieke impressie credits; wikipedia

Feitelijk is men reeds al bezig de aarde uit zijn baan te brengen. Elke keer dat een raket de aarde verlaat voor een andere planeet, geeft het een kleine impuls aan de aarde in de tegenovergestelde richting, vergelijkbaar met de terugslag van een geweer. Echter met het oog op een baanwijziging van de aarde is dit effect ongelooflijk klein. De Falcon Heavy van SpaceX is momenteel de meest efficiënte draagraket. Toch, zo stelt Ceriotti, zouden er 300 miljard miljard lanceringen op volle capaciteit nodig zijn om de baanverandering naar Mars te bereiken. Het materiaal waar al deze raketten uit gebouwd zijn is equivalent aan 85% van de aarde, waardoor slechts 15% van onze aarde in de baan van Mars achterblijft. Dan stelt Ceriotti een ionenmotor voor. Elektrische aandrijving is een veel efficiëntere manier om een massa te versnellen – een ionenmotor werkt door een stortvloed van geladen deeltjes uit te zenden die de schepen voortstuwen. Om de aarde te verplaatsen, zou men een elektrische ionenmotor in tegenovergestelde richting van de baan van de aarde kunnen richten en afvuren. Deze ‘super’ aandrijfmotor moet zich 1000 km boven zeeniveau bevinden, voorbij de atmosfeer, maar zou sterk verankerd aan aarde met een stang de duwkracht moeten overbrengen. Hij berekende dat er met zo een ionenstraal die met 40 kilometer per seconde in de juiste richting wordt afgevuurd, er nog steeds het equivalent van 13% van de massa van de aarde in ionen moet worden uitgestoten om de resterende 87% te verplaatsen.

Andere opties
De wetenschapper bespreekt ook de mogelijkheden van zeilen op licht. Daar licht een lineair momentum heeft, maar geen massa, zou men ook continu een krachtige lichtstraal kunnen uitstralen, zoals een laser. Het benodigde vermogen zou worden verzameld van de zon en er zou geen landmassa zou worden geconsumeerd. Maar zelfs als men de enorme 100GW-laserinstallatie zou gebruiken die wordt beoogd door het Breakthrough Starshot* project, dat een ruimtevaartuig uit het zonnestelsel wil voortstuwen om de naburige sterren te verkennen, zou het nog steeds drie miljard miljard jaar duren voordat de baan van de planeet verandert. Echter licht kan ook rechtstreeks van de zon naar de aarde worden gereflecteerd met behulp van een zonnezeil dat in de buurt van onze planeet wordt gestationeerd. Enkele wetenschappers hebben aangetoond dat er dan een reflecterende schijf nodig is die 19 keer groter is dan de diameter van de aarde om de verandering van de baan op een tijdschaal van één miljard jaar te bereiken.  

Rosetta sonde traject credits; ESA / NASA


Een andere techniek om twee lichamen in een baan hun snelheden te doen veranderen, is om een zwaartekracht katapult te gebruiken.
Dit is een techniek die het zwaartekrachtsveld van een bewegend naburig hemellichaam gebruikt om de richting en de snelheid van een ruimtesonde te wijzigen en dus tijd en geld besparen. Zonder deze techniek zouden missies naar de verste planeten te duur zijn. Dit type manoeuvre is op grote schaal gebruikt met interplanetaire sondes. Bijvoorbeeld, het Rosetta-ruimtevaartuig dat komeet 67P bezocht in 2014-2016, deze sonde passeerde tijdens zijn tien jaar durende reis naar de komeet twee keer nabij de aarde, in 2005 en 2007. Als gevolg daarvan gaf het zwaartekrachtveld van de aarde substantiële versnelling naar Rosetta, die alleen met stuwraketten onbereikbaar zou zijn geweest. Bijgevolg ontving de aarde een equivalente impuls in tegenovergestelde richting – hoewel dit geen meetbaar effect had als gevolg van de massa van de aarde.Maar wat zou er gebeuren als we een zwaartekracht katapult (Eng. slingshotmanoeuvre) zouden kunnen maken met iets dat veel groter is dan een ruimteschip? Vanwege zijn omvang kan de aarde zonder twijfel het traject van asteroïden veranderen. Hoewel elke verplaatsing praktisch onmerkbaar zou zijn, zouden we deze actie vele malen kunnen herhalen om een aanzienlijke verandering in de baan rond de aarde op de lange termijn te bereiken. Sommige delen van het zonnestelsel zitten vol kleine hemellichamen, zoals asteroïden en kometen. De massa van velen van hen is klein genoeg om te worden vervangen door realistische technologie, maar toch zou het vele ordes van grootte groter moeten zijn dan wat er onder de huidige omstandigheden van de aarde kan worden gelanceerd. Met een nauwkeurig trajectontwerp is het mogelijk om te profiteren van de zogenaamde “Delta V-hefboomwerking” wordt genoemd: een klein lichaam kan uit zijn baan worden geduwd en dientengevolge daarvan langs de aarde zwaaien, wat een veel grotere impuls aan onze planeet oplevert. Dit klinkt spannend, maar er wordt geschat dat er zo een miljoen in de buurt van de aarde passerende asteroïden nodig zijn, elk ongeveer op een paar duizend jaar uit elkaar, om te bewegen op het ritme van de uitbreiding van de zon.

Ideeën genoeg, maar van alle beschikbare opties lijkt Ceriotti het gebruik van meerdere asteroïde katapulten nu het meest haalbaar te achten, echter in de toekomst zou het exploiteren van licht de sleutel zijn – als men leert hoe we reusachtige ruimtestructuren of superkrachtige laserarrays moeten bouwen. Deze kunnen ook worden gebruikt voor verkenning van de ruimte. Maar veel eenvoudiger zou volgens hem de optie zijn om onze soort te verhuizen naar de planetaire buurplaneet Mars, hierbij gaat hij ervan uit dat deze planeet wel de vernietiging van de zon kan overleven. Na te hebben overwogen hoe uitdagend het zou zijn om de aarde te verplaatsen, zou het koloniseren van Mars, het bewoonbaar maken en het verplaatsen van de populatie naar daar over de tijd, misschien niet zo moeilijk klinken. Bronnen; The Conversation, Space Daily

Recent schreef ik over de NASA/ESA Asteroid Impact and Deflection mission (AIDA) missies naar de asteroïden Didymoon/Didymos. De DART/Hera** ruimtesondes gaan proberen een asteroïde van koers doen wijzigen. Recent is gewerkt aan de computer voor de Hera, deze moet uiterst resistent zijn voor de kosmische straling;

**  https://www.astroblogs.nl/2019/01/26/dart-gaat-asteroide-didymos-baan-wijzigen/

 

Comments

  1. Obelix Obelix zegt

    Als kennelijk alle opties open zijn, 😉
    Is het dan niet slimmer om de zon in tweeën te delen : twee kleinere zonnen die elk minder snel opbranden dan Sol nu doet?
    Ik verwacht de levensduur van Sol ( nu nog iets van ca 5 miljard jaar) te kunnen ver dubbelen naar nog ca. 10 miljard jaar.
    De nieuwe Sola en Solb kunnen best rond elkaar blijven draaien als een dubbelster op de plek waar nu Mercurius haar rondjes rond de ouwe sol draait.
    Uiteraard wordt het hier op Aarde wat donkerder en kouder, maar gelukkig kennen we reeds elektrisch licht en heeft de Aarde al met een broeikaseffect te maken. (Bij een verhuizing naar een Mars-achtige baan wordt het ook donkerder en kouder.)

    Groet, Paul

  2. Ja, als alle opties open zijn vind ik dat wat Paul zegt toch wel een goeie. En ik weet nog een: we bouwen een Alcubierre-drive om de aarde.

    Iets minder onrealistisch is wellicht de aarde juist te vertragen zodat ze richting de zon gaat, en dan een zwaartekrachtshot om de zon heen te maken.

    Ik vond die film trouwens niet erg goed maar ik zal nog eens kijken met getemperde verwachtingen, soms valt zo’n film dan nog mee ineens.

    • Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt

      The Wandering Earth is niet erg realistisch, maar op zich wel een aardige film, zeker voor een Chinese rolprent.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: