Dejando a un lado el hecho de que esto sería una muy mala idea y que hay formas mucho menos intensivas en energía para terraformar la superficie de un planeta, la forma más eficiente de hacer esto que se me ocurre es usando objetos de la Nube de Oort.

se necesita muy poco$\Delta V$para hacer que un objeto de la nube de Oort se sumerja hacia el Sol. De hecho, es la fuente de la mayoría de los cometas. La masa total ahí fuera es de al menos unas pocas Tierras. Cada objeto sería enviado en una trayectoria para acercarse a Marte en el lado posterior. El objeto sería expulsado del Sistema Solar y Marte disminuiría un poco su velocidad. Repetir.

Podría ser posible reutilizar un objeto. Un sobrevuelo de Júpiter podría llevar a un objeto que se escapa de regreso a una órbita solar para regresar a Marte para otro tirón. Si pudieras hacer circular un objeto de este tipo, harías una bomba que transfiera energía y momento angular de Marte a Júpiter. No te preocupes demasiado por cambiar la órbita de Júpiter, no cambiará mucho. 1/3000 de lo que cambia la órbita de Marte.

Una aplicación más útil del enfoque sería elevar la órbita de la Tierra para mantenerla habitable a medida que aumenta la producción de energía del Sol durante los próximos miles de millones de años. En otras palabras, mantener la Tierra terraformada. Así que haz lo anterior en el lado delantero de la Tierra para acelerarlo.

Dada la escala de tiempo muy larga del aumento de la energía del Sol, este podría ser un enfoque viable. Algo como los vehículos autorreplicantes que usan materiales en la nube de Oort, alimentados por reactores de fusión, podría hacer que esto sea algo asequible. De nuevo en escalas de tiempo largas. Principalmente me preocuparía quedarme sin material de la nube de Oort si no pudieras reutilizarlo. Aunque luego podrías comenzar a asaltar las nubes de Oort de otras estrellas cercanas. Entonces tendremos guerras de masa de energía de alto potencial con las civilizaciones de otros sistemas estelares que quieren hacer lo mismo...

Reorganizar los planetas rocosos sin vida podría facilitar la terraformación y el transporte.

No, puede que no, porque las cantidades de energía que implicaría son tan ridículamente gigantescas que terraformar un planeta es un trabajo muy fácil en comparación.

La energía cinética de un cuerpo en órbita es$\epsilon_k = G\cdot \frac{m\cdot M}{2\cdot r}$donde$G$es la constante gravitacional ,$m$la masa del planeta en órbita,$M$la masa del cuerpo alrededor del cual orbita, y$r$el semieje mayor o la distancia promedio entre el foco principal de la elipse y el cuerpo en órbita. La energía mínima requerida para moverse entre dos órbitas es la diferencia de las dos energías orbitales. Para Marte moviéndose de su órbita actual a la órbita de la Tierra, esto sale (si calculé correctamente) en$-9.98 \cdot 10^{31}\rm J$( julio ). Esa es la energía cinética total que tendría que eliminarse de la órbita de Marte para que comience a orbitar a la distancia promedio de la Tierra al Sol.

¡ Esta es aproximadamente toda la producción de energía del Sol durante tres días !

Si pudieras aprovechar tanta energía, terraformar un planeta sería algo que le darías a los niños como tarea (bueno, tal vez un proyecto a término). Y, por supuesto, el transporte sería algo en lo que ni siquiera piensas.

Por supuesto, si realmente desea inventar un escenario de ciencia ficción difícil donde los planetas se mueven entre órbitas, la estimación anterior también puede darle una idea sobre los métodos y escalas de tiempo. Digamos, encontrar una manera de desviar el 0,01% de la producción de energía del sol y usarla para mover los planetas durante un período de 80 años.

Veamos qué se necesitaría para mover a Marte a una órbita terrestre. No es una imagen bonita.

La forma más eficiente de pasar de una órbita a otra es a través de una transferencia de Hohmann. Aplicaremos una delta-V a Marte para reducir la velocidad y colocar al planeta en una órbita de transferencia elíptica que intersecta la órbita de la Tierra, luego otra delta-V una vez que Marte alcance el perihelio. Suponiendo que Marte esté en órbita circular a 1,524 AU, un delta-V retrógrado de 2,65 km/s pondrá a Marte en esa elipse de transferencia. Media órbita más tarde, otro delta-V retrógrado, esta vez a 2,94 km/s, pondrá a Marte en una órbita circular de 1 UA. ¡No hay problema! Todo lo que tenemos que hacer es cambiar la velocidad de Mar en 2,65 km/s y luego en 2,94 km/s, o un delta-V total de 5,59 km/s, ¡y listo! tenemos a Marte orbitando a 1 UA.

Es un gran problema. Esos dos cambios instantáneos de velocidad representan una enorme cantidad de energía y una cantidad aún más enorme de impulso. Tenga en cuenta que esto es considerablemente menos energía que la respuesta de Michael Borgwardt. La masa de Marte * ((2,65 km/s) ^2/2 + (2,94 km/s) ^2/2 ) es aproximadamente 5*10 ³⁰ julios, no 10 ³² julios.

Sin embargo, esto es solo una parte de la energía total necesaria. La única forma que conocemos de hacer que un objeto en el espacio se mueva en alguna dirección es expulsar algo de masa del objeto en la dirección opuesta. Solo una pequeña fracción de la energía que se dedica a acelerar la masa expulsada acelera el cohete (o el planeta en este caso).

Supongamos que pudiéramos expulsar el material de una (pequeña) montaña (10 ¹² kg) al 99% de la velocidad de la luz desde Marte todos los días. Esta no es la forma de hacer que Marte siga una transferencia Hohmann a la órbita de la Tierra. Llevaría siglos acumular ese delta-V de 2,65 km/s necesario para el primer tramo de la transferencia. Una transferencia de Hohmann no es posible cuando se mueven planetas.

Expulsar 10 ¹² kg por día desde Marte a 0,99 c hace que la transferencia sea muy lenta. Llevaría más de 47 siglos mover a Marte de su órbita actual a la órbita de la Tierra. La cantidad de energía consumida en el proceso de expulsar la masa es de 10 ³⁶ julios. Casi toda la energía va a esa corriente de escape. Solo una pequeña fracción entra en el movimiento de Marte. En el proceso, habremos expulsado más de 10 ¹⁸ kilogramos de masa de Marte. Tenga en cuenta que 10 ¹² kg por día es aproximadamente 1,5 órdenes de magnitud mayor que la tasa a la que se extraen el carbón y el hierro de la Tierra.

Extraer el material de una montaña por día y enviarlo al espacio al 99% de la velocidad de la luz: no podemos hacer eso. Ni siquiera está cerca. Tal vez en 47 siglos seremos capaces de hacer eso. Es mejor esperar.

¡No es posible! Al menos no si quieres mantener la Tierra segura en su órbita. Y aunque me gustan algunas sugerencias mencionadas anteriormente aquí porque jugar al juego celestial de billar es divertido, inherentemente no son posibles debido a la escala de tiempo en la que se tendrían que aplicar todos estos cambios orbitales. Así que olvídese de la transferencia de Hohmann a escala planetaria, o la disminución lenta de la velocidad orbital del planeta al disparar otros cuerpos masivos más allá de él o incluso dentro de él. En el momento en que disminuya lo suficiente su velocidad orbital para que se acerque a la altitud orbital de la Tierra, bueno, ya está en su propia esfera de influencia y se desata el infierno.

También olvídate del hocus pocus cuántico y FTL. Independientemente de lo que haya hecho para mover temporalmente un planeta entero fuera del ámbito del espacio-tiempo y la relatividad general para luego transmitirlo / teletransportarlo / deformarlo a otro lugar, también perderá la capacidad de manipular su impulso con él, por lo que una vez (¿podría ser instantáneo?) llamaría a este planeta a otra posición orbital y volvería a la realidad física tal como la conocemos, tendría exactamente el mismo impulso que siempre tuvo, por lo que en caso de mover a Marte a la posición L _{3 de la Tierra}, solo terminaría con Marte teniendo una órbita altamente elíptica con exactamente el mismo eje semi-mayor que siempre tuvo, solo una excentricidad mucho mayor que haría que se intersectara con la propia trayectoria orbital de la Tierra. Dado el tiempo suficiente, digamos algunas órbitas, esto tampoco terminaría bien.

¡La mecánica celestial es difícil! Y tiene muy poco que ver con la forma en que pensamos en las trayectorias y órbitas de pequeñas naves espaciales con una masa prácticamente insignificante en relación con los cuerpos celestes sobre los que se mueven. Manejar las órbitas de los planetas es casi imposible, y lo que lo hace es que todos los cuerpos masivos de un sistema estelar están en un equilibrio semiestable porque evolucionaron hacia un estado ordenado a partir de un caos primordial de nebulosas que colapsan. Si se altera lo suficiente este equilibrio, se desencadenará una reacción en cadena con consecuencias imprevistas. Y mover un planeta entero a una órbita más baja califica. Para demostrar algo de esto, consideremos estos dos gráficos:

        ^{Gráficos cortesía de: Renu Malhotra; Fuente: Scientific American: ¿Qué pasaría si la Tierra y Marte cambiaran de lugar?}

Sus subtítulos son incorrectos, y muestran la altitud orbital de Mercurio, Venus, la Tierra y Marte y las gráficas del perihelio, afelio y eje semi-mayor de estos planetas, no todos los planetas oficiales de nuestro sistema solar desde Mercurio hasta Neptuno. Pero no importa eso, lo importante es que la disposición actual del sistema solar interior parece estable, pero si simplemente intercambiamos las órbitas de Marte y la Tierra (sin siquiera mover a Marte a la misma órbita que la Tierra), todo el sistema se desestabiliza. en aproximadamente 10 millones de años, Mercurio se cruzará con Venus y Venus Marte, y no hay forma de saber qué sucederá. ¿Intercambiarían órbitas como se sugiere que hicieron Urano y Neptuno hace cuatro mil millones de años? ¿Chocar? Nadie lo sabe, porque la teoría de la perturbaciónlos métodos que nos permiten resolver estos problemas son intrínsecamente imprecisos una vez que entran en juego otros factores distintos de los explicados.

Entonces, ¿qué hay de malo con todas las sugerencias actuales? Bueno, todos simplifican demasiado todo el sistema y no se ocupan de todos los estados intermedios entre el estado inicial A y el estado final B, simplemente sugieren cuál es el cambio requerido en la energía cinética y cómo se podría lograr eso. Y con las sugerencias de FTL, al revés. Y eso está bien, porque en realidad, no hay ninguna solución a tu pregunta de todos modos.

En teoría, puedo pensar en algunos estados finales para que Marte orbite a la misma o similar distancia del Sol que la Tierra, por ejemplo, poner a Marte en la oposición de la Tierra para que estén coorbitales con Marte aproximadamente donde L ₃ habría estado si Marte no estuviera allí, o poner a Marte en una órbita de inclinación de 90 ° o 270 ° que se cruza con la de la Tierra en oposición, o incluso inclinar la órbita de Marte 180 ° para orbitar retrógrada y bajar su órbita paralela a la de la Tierra pero no exactamente al mismo altitud, y permítales cambiar de altitud cada vez que se acerquen (una órbita de herradura). Y estas órbitas podrían incluso ser estables durante un tiempo relativamente largo. Si... Si otros celestiales no estuvieran allí, y de repente tener dos celestiales donde solía haber solo uno no sería posible.

Entonces, incluso suponiendo que pudiéramos resolver el problema de en qué órbita poner otro celeste para que esté a la misma distancia del Sol que la Tierra , terminaríamos desestabilizando todo el sistema solar interior y volviendo a ponerlo en caos con cada celestial luchando por su lugar alrededor del sol. Mercurio y Venus cambiarían violentamente la excentricidad, con posibilidades finales de caer en picado hacia el Sol, golpear uno de los otros tres astros del sistema solar interior, intercambiar órbitas o ser expulsados ​​​​del sistema solar interior por completo. Los objetos del cinturón principal también desestabilizarían las órbitas, y todo el sistema solar volvería a los años del Bombardeo Pesado Tardío. ¿Cuál sería el resultado final y cómo afectaría eso al sistema solar exterior? Nadie lo sabe. Pero una cosa es segura. No hay ninguna forma cómoda de hacerlo.

Por lo que vale, intercambiar la órbita de la Tierra y la de Marte requeriría un cambio mucho menor en la energía orbital, si pudiera aumentar la excentricidad de Marte hasta el punto de intersectar la de la Tierra exactamente en el momento adecuado para que intercambien órbitas y no colisionen en el proceso. . No hice cálculos, pero diría que debería ser alrededor del 20-30% de la energía requerida sugerida anteriormente. Ah, y de acuerdo con mis cálculos, las matemáticas de Michael Borgwardt sobre cuánto cambio en la energía cinética se requeriría parecen más cercanas a$\approx -1.6\cdot 10^{32} \text{J}$que obtuve, pero es muy fácil meterse con las conversiones de unidades requeridas en el proceso, por lo que tampoco puedo afirmar que eso sea correcto. ;)

Dentro de la física conocida

Hay tres métodos vagamente plausibles para cambiar la órbita de un planeta que vienen a la mente sin romper las leyes aceptadas de la física:

1. aplicación directa de empuje
2. Pases cercanos constantes de una serie de objetos masivos
3. llamaradas solares dirigidas

La aplicación directa de empuje será increíblemente perturbadora, ya sea por impacto o por cambios en la insolación.

El impacto como aplicación directa de la fuerza es práctico en una escala de tiempo social, pero no en una escala de tiempo individual. Requeriría alteraciones menores a muchos cuerpos cometarios/asteroidales en órbitas cruzadas, con tiempos de espera de una a dos décadas por cada uno. Recuerde, una pequeña perturbación puede resultar en un cambio significativo en la posición durante mucho tiempo. Los elementos importantes del proyecto requieren asegurarse de que el impacto final se produzca en la posición correcta: la cara posterior (retrógrada) de Venus para acelerarlo, o la cara giratoria (prograda) de Marte. (Recordando la reducción de WWIVnet de la cancioncilla de Niven: Spin out, out back, back in, in spin. Acelera para girar hacia adelante, te mueves hacia afuera. Para retroceder, muévete hacia adentro). El problema es que esto requeriría miles de impactos, todos los cuales necesitaría cambiar la velocidad orbital en la misma dirección, en una escala de un par de siglos, para tener un efecto apreciable. Recién ahora estamos llegando al punto tecnológico en el que esto es factible, pero es probable que nunca sea práctico.

El uso de insolación alterada podría producir un cambio en la pérdida atmosférica de tal manera que crearía una aceleración muy lenta pero constante. La presión de la luz ya es un factor conocido en la mecánica orbital por sí misma; la matriz de espejos se aceleraría, por lo que necesitaría alguna forma de aceleración propia. Tal vez, una matriz de velas más grande. La escala de tiempo es, de nuevo, siglos. La masa es tremenda, comparable a armadas enteras. En el caso de Venus, el efecto adelgazante deseado también podría ser útil.

Mover objetos masivos por la ruta correcta es factible, pero sin una unidad que no sea N-space, requiere cantidades increíbles de energía para alterarlos. Para acelerar, debe enrutarlos lo suficientemente cerca del lado correcto. Para Venus, esto significa hacer desfilar un montón de cuerpos más allá del lado de rotación de Venus, y preferiblemente, la mayoría de ellos lo hacen en el tramo de salida de su propio camino. Para Marte, los quiere en el lado posterior y en el tramo de entrada. Idealmente, para Venus, también deberían estar en movimiento progrado, mientras que para Marte, retrógrado. ¿Errores menores? Acumula lunas nuevas. El inconveniente es que, para obtener suficiente masa, estás viendo grandes asteroides en movimiento.

En teoría, es posible desencadenar erupciones solares; hacerlo podría usarse para aplicar presión recurrente durante varios siglos. Los efectos secundarios, sin embargo, son que hacerlo es probable que se vea como una amenaza de acabar con toda la vida en el sistema.

Editar: Según Wikipedia, el viento solar genera entre 1e-9 y 6e-9 nPa. Venus tiene un área de sección transversal de alrededor de 1,15e14 m^2, una masa de alrededor de 4,87e24 kg, para una red total de alrededor de (3,5x1,15/4,8)e(-9+14-24) = 0,8e-19 nm/s^2 o 8e-26 m/s^2. La presión en Venus debería ser aproximadamente 2,7 veces más fuerte... Se necesitarían 1.000.000.000.000.000.000 años para alcanzar los 8 m/s. Un CME puede ser 1000 veces más energético y puede agregar calor atmosférico adicional... Teóricamente es útil, pero en la práctica, no vale nada. Si uno los está diseñando, posiblemente también pueda obtener un resultado más profundo, más energía y más densidad de partículas.

Justo fuera de la física actual

1. Un Warp Drive gigante de Alcubierre-White
2. Manipulación de la gravedad: si hay que creer en las matemáticas, la gravedad es una fuerza manipulable.

El Warp Drive de Alcubierre-White, en teoría, podría usarse para colocar un cuerpo en una posición de "caída en órbita". No importa si genera pseudovelocidades superlumínicas, solo que mueve el objeto cambiando la topología del espacio. Sin las transformaciones del Dr. White, las matemáticas indicarían requisitos de energía increíblemente altos; incluso con eso, es probable que mover una burbuja tan grande requiera una cantidad de energía estúpidamente alta.

Varios físicos creen que la manipulación de la gravedad es teóricamente posible. Si uno puede mejorar o impedir artificialmente la atracción de la gravedad, entonces puede usar eso para alterar las órbitas. Pero el proceso puede ser sorprendentemente complicado. Se mueve hacia afuera con la reducción, luego se cambia a mejorar para acelerar la entrada, luego se gira para reducir nuevamente cuando uno pasa el perihelio, para aumentar la velocidad orbital general. Desafortunadamente, esto también aumenta la excentricidad. La manipulación cuidadosa del proceso puede redondear la órbita, pero durante el proceso de transferencia, en realidad se acercará. En la práctica, sin embargo, casi nadie está dispuesto a admitir que piensa que está al alcance de la mano. Muchos físicos lo creen imposible, citando que la gravedad es una propiedad fundamental de la materia, no una fuerza generada por la materia; si es un principio fundamental,

Aquí hay otro problema: ninguna de las aproximaciones con cohetes es segura, incluso si pudieras realizarlas.

La cosa es que la aceleración va a ser pequeña. Eso significa que el cuerpo que estás moviendo pasará muy cerca de la Tierra mientras su órbita se circulariza.

¿Puedes decir "mareas"?

(Y eso suponiendo que sea posible circularizar la órbita en primer lugar. No me sorprendería ni un poco si esto fuera imposible debido a la desviación de los sobrevuelos de la Tierra).