Que deviendra la Terre après le déplacement orbital ? point de vue de l'ingénieur

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Dans le film de science-fiction chinois Wandering Earth, publié par Netflix, l'humanité, à l'aide d'énormes moteurs installés autour de la planète, tente de modifier l'orbite de la Terre pour éviter sa destruction par le Soleil mourant et en expansion, ainsi que pour empêcher une collision avec Jupiter… Un tel scénario d'apocalypse cosmique pourrait un jour se produire. Dans environ 5 milliards d'années, notre soleil manquera de carburant pour une réaction thermonucléaire, il se dilatera et, très probablement, engloutira notre planète. Bien sûr, même plus tôt, nous mourrons tous d'une élévation de la température mondiale, mais changer l'orbite de la Terre peut en effet être une solution nécessaire pour éviter une catastrophe, du moins en théorie.

Mais comment l'humanité peut-elle faire face à une tâche d'ingénierie aussi extrêmement complexe ? L'ingénieur en systèmes spatiaux Matteo Ceriotti de l'Université de Glasgow a partagé plusieurs scénarios possibles sur les pages de The Conversetion.

Supposons que notre tâche soit de déplacer l'orbite de la Terre, en l'éloignant du Soleil à environ la moitié de la distance de son emplacement actuel, à peu près là où se trouve Mars. Les principales agences spatiales du monde entier envisagent depuis longtemps et même travaillent sur l'idée de déplacer les petits corps célestes (astéroïdes) de leurs orbites, ce qui contribuera à l'avenir à protéger la Terre des impacts externes. Certaines options offrent une solution hautement destructrice: une explosion nucléaire à proximité ou sur l'astéroïde; l'utilisation d'un « impacteur cinétique », dont le rôle peut par exemple être joué par un engin spatial visant à entrer en collision avec un objet à grande vitesse pour modifier sa trajectoire. Mais en ce qui concerne la Terre, ces options ne fonctionneront certainement pas en raison de leur nature destructrice.

Dans le cadre d'autres approches, il est proposé de retirer les astéroïdes d'une trajectoire dangereuse à l'aide d'engins spatiaux, qui agiront comme des remorqueurs, ou à l'aide de vaisseaux spatiaux plus gros, qui, en raison de leur gravité, retireront l'objet dangereux de la Terre. Encore une fois, cela ne fonctionnera pas avec la Terre, puisque la masse des objets sera totalement incomparable.

Moteurs électriques

Vous vous verrez probablement, mais cela fait longtemps que nous déplaçons la Terre de notre orbite. Chaque fois qu'une autre sonde quitte notre planète pour étudier d'autres mondes du système solaire, la fusée porteuse qui la transporte crée une minuscule impulsion (à l'échelle planétaire, bien sûr) et agit sur la Terre, la poussant dans la direction opposée à son mouvement. Un exemple est un tir d'une arme et le recul qui en résulte. Heureusement pour nous (mais malheureusement pour notre "plan de déplacement de l'orbite terrestre"), cet effet est quasiment invisible pour la planète.

À l'heure actuelle, la fusée la plus performante au monde est la Falcon Heavy américaine de SpaceX. Mais nous aurons besoin d'environ 300 quintillions de lancements de ces porteurs à pleine charge afin d'utiliser la méthode décrite ci-dessus pour déplacer l'orbite de la Terre vers Mars. De plus, la masse de matériaux nécessaires à la création de toutes ces fusées sera équivalente à 85 % de la masse de la planète elle-même.

L'utilisation de moteurs électriques, en particulier ioniques, qui libèrent un flux de particules chargées, en raison duquel l'accélération se produit, sera un moyen plus efficace d'accélérer la masse. Et si nous installons plusieurs de ces moteurs d'un côté de notre planète, notre vieille femme de la Terre peut vraiment faire un voyage à travers le système solaire.

Certes, dans ce cas, des moteurs de dimensions vraiment gigantesques seront nécessaires. Ils devront être installés à une altitude d'environ 1000 kilomètres au-dessus du niveau de la mer, en dehors de l'atmosphère terrestre, mais en même temps solidement fixés à la surface de la planète afin qu'une force de poussée puisse lui être transmise. De plus, même avec un faisceau d'ions éjecté à 40 kilomètres par seconde dans la direction souhaitée, nous devons encore éjecter l'équivalent de 13 % de la masse de la Terre sous forme de particules ioniques pour déplacer les 87 % restants de la masse de la planète.

Voile légère

Étant donné que la lumière transporte une quantité de mouvement mais n'a pas de masse, nous pouvons également utiliser un faisceau de lumière continu et focalisé très puissant, tel qu'un laser, pour déplacer la planète. Dans ce cas, il sera possible d'utiliser l'énergie du Soleil lui-même, sans en aucun cas utiliser la masse de la Terre elle-même. Mais même avec un système laser incroyablement puissant de 100 gigawatts, qui devrait être utilisé dans le projet Peakthrough Starshot, dans lequel les scientifiques veulent envoyer une petite sonde spatiale vers l'étoile la plus proche de notre système à l'aide d'un faisceau laser, nous aurons besoin de trois quintillions d'années d'impulsion laser continue pour atteindre notre objectif d'inversion d'orbite.

La lumière du soleil peut être réfléchie directement par une voile solaire géante qui sera dans l'espace mais ancrée à la Terre. Dans le cadre de recherches antérieures, les scientifiques ont découvert que cela nécessiterait un disque réfléchissant 19 fois le diamètre de notre planète. Mais dans ce cas, pour arriver au résultat, il faudra attendre environ un milliard d'années.

Billard interplanétaire

Une autre option possible pour retirer la Terre de son orbite actuelle est la méthode bien connue d'échange de quantité de mouvement entre deux corps en rotation pour modifier leur accélération. Cette technique est également connue sous le nom d'assistance par gravité. Cette méthode est souvent utilisée dans les missions de recherche interplanétaire. Par exemple, le vaisseau spatial Rosetta qui a visité la comète 67P en 2014-2016, dans le cadre de son voyage de dix ans vers l'objet d'étude, a utilisé l'assistance gravitationnelle autour de la Terre à deux reprises, en 2005 et en 2007.

En conséquence, le champ gravitationnel de la Terre a à chaque fois communiqué une accélération accrue à la Rosetta, ce qui aurait été impossible à réaliser avec l'utilisation des seuls moteurs de l'appareil lui-même. La Terre a également reçu un moment d'accélération opposé et égal dans le cadre de ces manœuvres gravitationnelles, cependant, bien sûr, cela n'a eu aucun effet mesurable en raison de la masse de la planète elle-même.

Mais que se passe-t-il si vous utilisez le même principe, mais avec quelque chose de plus massif qu'un vaisseau spatial ? Par exemple, les mêmes astéroïdes peuvent certainement changer de trajectoire sous l'influence de la gravité terrestre. Oui, une influence mutuelle ponctuelle sur l'orbite de la Terre sera insignifiante, mais cette action peut être répétée plusieurs fois afin de changer finalement la position de l'orbite de notre planète.

Certaines régions de notre système solaire sont assez densément "équipées" de nombreux petits corps célestes, comme les astéroïdes et les comètes, dont la masse est suffisamment petite pour les rapprocher de notre planète en utilisant des technologies appropriées et assez réalistes en termes de développement.

Avec un calcul très minutieux de la trajectoire, il est tout à fait possible d'utiliser la méthode dite du "déplacement delta-v", lorsqu'un petit corps peut être déplacé de son orbite à la suite d'une approche rapprochée de la Terre, ce qui donnera un élan beaucoup plus important à notre planète. Tout cela, bien sûr, semble très cool, mais des études antérieures ont été menées qui ont établi que dans ce cas, nous aurions besoin d'un million de passages d'astéroïdes aussi proches, et chacun d'eux doit se produire dans un intervalle de plusieurs milliers d'années, sinon nous serons tard à ce moment où le Soleil se dilate tellement que la vie sur Terre devient impossible.

conclusions

De toutes les options décrites aujourd'hui, l'utilisation de plusieurs astéroïdes pour l'assistance gravitationnelle semble être la plus réaliste. Cependant, à l'avenir, l'utilisation de la lumière peut devenir une alternative plus appropriée, bien sûr, si nous apprenons à créer des structures cosmiques géantes ou des systèmes laser super puissants. Dans tous les cas, ces technologies peuvent également être utiles pour notre future exploration spatiale.

Et pourtant, malgré la possibilité théorique et la probabilité d'une faisabilité pratique à l'avenir, pour nous, l'option la plus appropriée pour le salut serait peut-être la réinstallation sur une autre planète, par exemple, la même Mars, qui peut survivre à la mort de notre Soleil. Après tout, l'humanité la considère depuis longtemps comme une seconde maison potentielle pour notre civilisation. Et si vous considérez également à quel point il sera difficile de mettre en œuvre l'idée d'un déplacement de l'orbite terrestre, la colonisation de Mars et la possibilité de la terraformer pour donner à la planète un aspect plus habitable peuvent ne pas sembler une tâche si difficile.