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我們能把整個地球移到新軌道上嗎?

編輯:黃榮      信息來源: 西e網-新浪網發布時間:2019-6-26

  50億年後,太陽的燃料将耗盡,體積開始膨脹,很可能會吞噬整個地球,更直接的威脅是全球變暖的大災難,雖然50億年的時間将會是很久很久很久以後,但是我們現在不妨做個有趣的讨論,讓我們假設為了應對太陽的死亡,将地球推到距離太陽更遠的軌道上或許是一個解決方案,而且在理論上是可能的,最終目标是将地球移動到比目前與太陽距離遠50%的軌道上,差不多是目前火星的軌道,那我們該怎麼做呢?這一方案在工程上有哪些挑戰呢?
 
  多年來,我們一直在設計使小行星等小天體偏移軌道的技術,主要是為了保護地球免受撞擊,有些方法是基于沖擊性的,往往具有破壞性的作用,比如在小行星表面或附近引發核爆炸,或者采用“動力撞擊器”,利用高速航天器與小行星相撞,這些方法具有很強的破壞性,顯然不适用于地球。
 
  我們還可以用一些較為溫和的技術來推動小行星,比如通過停靠在小行星表面的拖船,或者圍繞小行星盤旋的航天器進行長時間持續的推動(通過引力或其他方法),然而,這對地球來說也是不可能的,因為地球的質量要比最大的小行星大得多。
 
  電力推進器
 
  實際上,我們一直在推動地球“偏移”軌道。每一次有探測器離開地球前往另一顆行星時,都會向地球施加一個相反方向的沖量,類似于槍的後坐力,對我們來說這很幸運,因為這種影響非常小,對于移動地球的目标來說,可以忽略不計。
 
  SpaceX公司的獵鷹重型火箭是目前推力最強的運載火箭,我們需要相當于3萬億億次滿負荷發射獵鷹重型火箭的推力才能實現地球到火星軌道的轉移。構成所有這些火箭的材料相當于85%的地球質量,也就是說,最後到達火星軌道的隻剩下15%的地球。
 
  電力推力器是一種更有效的加速物質的方法,尤其是離子驅動技術,其工作原理是釋放出一股帶電粒子流,推動飛船前進,我們可以點燃一個電力推進器,推動地球離開現在的軌道。
 
  這個超大型推進器應該位于海平面以上1000公裡處,在地球大氣層之外,但仍然用一根剛性梁牢牢地與地球相連,以傳遞推力,為了以每秒40公裡的速度向正确的方向發射離子束,我們就需要将地球質量的13%以離子形式發射,以推動剩下87%的地球物質。
 
  用光航行
 
  光攜帶動量,但沒有質量,因此我們也可以連續地為聚焦的光束(比如激光)提供能量,這些能量可以從太陽收集,不會消耗地球的質量,但是,即使使用“突破攝星計劃”設想的巨大的100GW激光器,也需要300億億年的持續使用才能實現軌道的改變,“突破攝星計劃”的目标是推動探測器飛出太陽系,探索鄰近的恒星。
 
  不過,光也可以通過安裝在地球附近的太陽帆直接從太陽反射到地球,這需要一個比地球直徑大19倍的反射盤,才能在10億年的時間尺度内實現軌道變化。
 
  星際彈力球
 
  兩個環繞運行的天體之間可以通過近距離飛掠交換動量和改變速度,這種廣為人知的技術被稱為引力彈弓。這種操縱方式已被星際探測器廣泛使用,例如在2014至2016年訪問67P彗星的羅塞塔号飛船,在其10年的彗星之旅中,曾在2005年和2007年兩次經過地球附近。
 
  地球的重力場給羅塞塔号帶來了巨大的加速度,而這種加速度僅靠推進器是無法實現的,另一方面,地球也受到了一個相反的、大小相等的沖量——盡管由于地球的質量,這個沖量沒有任何可測量的影響。
 
  那麼,如果我們能用比宇宙飛船大得多的東西來進行引力彈弓呢?小行星顯然可以被地球重定向,雖然對地球軌道的相互影響很小,但這種作用可以重複無數次,最終實現可觀的地球軌道變化。
 
  太陽系的一些區域密集分布着小行星和彗星等小天體,其中許多小天體的質量小到可以用現實可行的技術移動,但仍然比從地球上實際發射的物體要大幾個數量級。
 
  精确的軌迹設計,可以利用所謂的“引力彈弓效應”,将一個小天體甩離地球,從而為推動地球提供更大的沖量,聽起來似乎很令人興奮,但科學家估計,我們需要100萬顆這樣的小行星近距離掠過地球,每次飛掠的間隔約幾千年,才能跟上太陽的膨脹速度。
 
  可能的結果
 
  在所有可能的選項中,利用多顆小行星進行引力彈弓似乎是目前最可行的方法,但在未來,如果我們學會建造巨大的太空光帆結構或超強的激光陣列,就有可能利用光來推動地球,這些技術也可以用于太空探索。
 
  雖然推動地球在理論上是可能的,或許有一天我們也能發展出可行的技術上,但實際上,把包括我們在内的地球物種遷移到鄰近的火星上要容易得多,這顆紅色星球可能會在太陽的毀滅中幸存下來。
 
  人類已經将探測器送到了火星表面,并且對其進行了許多研究,考慮到推動地球遠離軌道的挑戰性,我們更合理的選擇應該是殖民火星,使其适宜居住,并随着時間的推移将地球人口遷移到那裡。
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