En la película de ciencia ficción china The Wandering Earth, lanzada recientemente en Netflix, la humanidad intenta cambiar la órbita de la Tierra utilizando enormes propulsores para escapar del sol en expansión y evitar una colisión con Júpiter.
El escenario puede algún día hacerse realidad. En cinco mil millones de años, el sol se quedará sin combustible y se expandirá, probablemente envolviendo la Tierra. Una amenaza más inmediata es un apocalipsis del calentamiento global. Mover la Tierra a una órbita más amplia podría ser una solución, y es posible en teoría.
Pero, ¿cómo podríamos hacerlo y cuáles son los desafíos de ingeniería? En aras de la discusión, supongamos que nuestro objetivo es mover la Tierra desde su órbita actual a una órbita 50% más lejos del sol, similar a la de Marte.
Hemos estado diseñando técnicas para mover cuerpos pequeños, asteroides, desde su órbita durante muchos años, principalmente para proteger nuestro planeta de los impactos. Algunos se basan en una acción impulsiva, y a menudo destructiva: una explosión nuclear cerca o en la superficie del asteroide, o un "impactador cinético", por ejemplo, una nave espacial que colisiona con el asteroide a alta velocidad. Estos claramente no son aplicables a la Tierra debido a su naturaleza destructiva.
En cambio, otras técnicas implican un empuje continuo muy suave durante mucho tiempo, proporcionado por un remolcador atracado en la superficie del asteroide, o una nave espacial que se cierne cerca de él (empujando a través de la gravedad u otros métodos). Pero esto sería imposible para la Tierra ya que su masa es enorme en comparación incluso con los asteroides más grandes.
Propulsores eléctricos
De hecho, ya hemos estado moviendo la Tierra desde su órbita. Cada vez que una sonda abandona la Tierra hacia otro planeta, imparte un pequeño impulso a la Tierra en la dirección opuesta, similar al retroceso de un arma. Afortunadamente para nosotros, pero desafortunadamente con el propósito de mover la Tierra, este efecto es increíblemente pequeño.
El Falcon Heavy de SpaceX es el vehículo de lanzamiento más capaz en la actualidad. Necesitaríamos 300 mil millones de lanzamientos a plena capacidad para lograr el cambio de órbita a Marte. El material que forma todos estos cohetes equivaldría al 85% de la Tierra, dejando solo el 15% de la Tierra en la órbita de Marte.
Un propulsor eléctrico es una forma mucho más eficiente de acelerar la masa, en particular las unidades de iones, que funcionan disparando una corriente de partículas cargadas que impulsan el recipiente hacia adelante. Podríamos apuntar y disparar un propulsor eléctrico en la dirección posterior de la órbita de la Tierra.
El propulsor de gran tamaño debe estar a 1,000 kilómetros sobre el nivel del mar, más allá de la atmósfera de la Tierra, pero aún firmemente unido a la Tierra con un haz rígido, para transmitir la fuerza de empuje. Con un haz de iones disparado a 40 kilómetros por segundo en la dirección correcta, aún tendríamos que expulsar el equivalente al 13% de la masa de la Tierra en iones para mover el 87% restante.
Navegando en la luz
Como la luz lleva impulso, pero no masa, también podemos alimentar continuamente un haz de luz enfocado, como un láser. La energía requerida se recogería del sol, y no se consumiría masa de la Tierra. Incluso utilizando la enorme planta láser de 100 GW prevista por el proyecto Breakthrough Starshot, que tiene como objetivo impulsar a las naves espaciales fuera del sistema solar para explorar las estrellas vecinas, todavía se necesitarían tres mil millones de millones de años de uso continuo para lograr el cambio orbital.
Pero la luz también se puede reflejar directamente del sol a la Tierra usando una vela solar estacionada al lado de la Tierra. Los investigadores han demostrado que necesitaría un disco reflectante 19 veces más grande que el diámetro de la Tierra para lograr el cambio orbital en una escala de tiempo de mil millones de años.
Billar interplanetario
Una técnica bien conocida para que dos cuerpos en órbita intercambien impulso y cambien su velocidad es con un pasaje cercano o tirachinas gravitacional. Este tipo de maniobra ha sido ampliamente utilizado por las sondas interplanetarias. Por ejemplo, la nave espacial Rosetta que visitó el cometa 67P en 2014-2016, durante su viaje de diez años al cometa, pasó en las proximidades de la Tierra dos veces, en 2005 y 2007.
Como resultado, el campo de gravedad de la Tierra impartió una aceleración sustancial a Rosetta, que habría sido inalcanzable únicamente usando propulsores. En consecuencia, la Tierra recibió un impulso opuesto e igual, aunque esto no tuvo ningún efecto medible debido a la masa de la Tierra.
Pero, ¿qué pasaría si pudiéramos realizar un tirachinas, usando algo mucho más masivo que una nave espacial? Los asteroides ciertamente pueden ser redirigidos por la Tierra, y si bien el efecto mutuo en la órbita de la Tierra será pequeño, esta acción puede repetirse varias veces para finalmente lograr un cambio considerable en la órbita de la Tierra.
Algunas regiones del sistema solar son densas con cuerpos pequeños como asteroides y cometas, la masa de muchos de los cuales es lo suficientemente pequeña como para ser movida con tecnología realista, pero aún tiene órdenes de magnitud más grandes de lo que se puede lanzar de manera realista desde la Tierra.
Con un diseño de trayectoria preciso, es posible explotar el llamado "apalancamiento Δv": un pequeño cuerpo puede ser empujado fuera de su órbita y, como resultado, pasar por la Tierra, proporcionando un impulso mucho mayor a nuestro planeta. Esto puede parecer emocionante, pero se ha estimado que necesitaríamos un millón de pases cercanos de asteroides, cada uno con unos pocos miles de años de diferencia, para mantenerse al día con la expansión del sol.
El veredicto
De todas las opciones disponibles, el uso de múltiples tirachinas de asteroides parece ser el más factible en este momento. Pero en el futuro, explotar la luz podría ser la clave, si aprendemos a construir estructuras espaciales gigantes o matrices láser súper potentes. Estos también podrían usarse para la exploración espacial.
Pero si bien es teóricamente posible, y puede que algún día sea técnicamente factible, en realidad podría ser más fácil mover nuestra especie a nuestro vecino planetario vecino, Marte, que puede sobrevivir a la destrucción del sol. Después de todo, ya aterrizamos y recorrimos su superficie varias veces.
Después de considerar lo difícil que sería mover la Tierra, colonizar Marte, hacerla habitable y trasladar a la población de la Tierra a lo largo del tiempo, puede no parecer tan difícil después de todo.
Matteo Ceriotti, profesor de ingeniería de sistemas espaciales, Universidad de Glasgow
