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標題: 能把整个地球移到新轨道上吗 [打印本頁]

作者: 深蓝色的畅想 時間: 2022-4-23 07:15
標題: 能把整个地球移到新轨道上吗
50亿年后，太阳的燃料将耗尽，体积开始膨胀，很可能会吞噬整个地球，更直接的威胁是全球变暖的大灾难，虽然50亿年的时间将会是很久很久很久以后，但是我们现在不妨做个有趣的讨论，让我们假设为了应对太阳的死亡，将地球推到距离太阳更远的轨道上或许是一个解决方案，而且在理论上是可能的，最终目标是将地球移动到比目前与太阳距离远50%的轨道上，差不多是目前火星的轨道，那我们该怎么做呢？这一方案在工程上有哪些挑战呢？

　　多年来，我们一直在设计使小行星等小天体偏移轨道的技术，主要是为了保护地球免受撞击，有些方法是基于冲击性的，往往具有破坏性的作用，比如在小行星表面或附近引发核爆炸，或者采用“动力撞击器”，利用高速航天器与小行星相撞，这些方法具有很强的破坏性，显然不适用于地球。

　　我们还可以用一些较为温和的技术来推动小行星，比如通过停靠在小行星表面的拖船，或者围绕小行星盘旋的航天器进行长时间持续的推动（通过引力或其他方法），然而，这对地球来说也是不可能的，因为地球的质量要比最大的小行星大得多。

　　电力推进器

　　实际上，我们一直在推动地球“偏移”轨道。每一次有探测器离开地球前往另一颗行星时，都会向地球施加一个相反方向的冲量，类似于枪的后坐力，对我们来说这很幸运，因为这种影响非常小，对于移动地球的目标来说，可以忽略不计。

　　SpaceX公司的猎鹰重型火箭是目前推力最强的运载火箭，我们需要相当于3万亿亿次满负荷发射猎鹰重型火箭的推力才能实现地球到火星轨道的转移。构成所有这些火箭的材料相当于85%的地球质量，也就是说，最后到达火星轨道的只剩下15%的地球。

　　电力推力器是一种更有效的加速物质的方法，尤其是离子驱动技术，其工作原理是释放出一股带电粒子流，推动飞船前进，我们可以点燃一个电力推进器，推动地球离开现在的轨道。

　　这个超大型推进器应该位于海平面以上1000公里处，在地球大气层之外，但仍然用一根刚性梁牢牢地与地球相连，以传递推力，为了以每秒40公里的速度向正确的方向发射离子束，我们就需要将地球质量的13%以离子形式发射，以推动剩下87%的地球物质。

　　用光航行

　　光携带动量，但没有质量，因此我们也可以连续地为聚焦的光束（比如激光）提供能量，这些能量可以从太阳收集，不会消耗地球的质量，但是，即使使用“突破摄星计划”设想的巨大的100GW激光器，也需要300亿亿年的持续使用才能实现轨道的改变，“突破摄星计划”的目标是推动探测器飞出太阳系，探索邻近的恒星。

　　不过，光也可以通过安装在地球附近的太阳帆直接从太阳反射到地球，这需要一个比地球直径大19倍的反射盘，才能在10亿年的时间尺度内实现轨道变化。

　　星际弹力球

　　两个环绕运行的天体之间可以通过近距离飞掠交换动量和改变速度，这种广为人知的技术被称为引力弹弓。这种操纵方式已被星际探测器广泛使用，例如在2014至2016年访问67P彗星的罗塞塔号飞船，在其10年的彗星之旅中，曾在2005年和2007年两次经过地球附近。

　　地球的重力场给罗塞塔号带来了巨大的加速度，而这种加速度仅靠推进器是无法实现的，另一方面，地球也受到了一个相反的、大小相等的冲量——尽管由于地球的质量，这个冲量没有任何可测量的影响。

　　那么，如果我们能用比宇宙飞船大得多的东西来进行引力弹弓呢？小行星显然可以被地球重定向，虽然对地球轨道的相互影响很小，但这种作用可以重复无数次，最终实现可观的地球轨道变化。

　　太阳系的一些区域密集分布着小行星和彗星等小天体，其中许多小天体的质量小到可以用现实可行的技术移动，但仍然比从地球上实际发射的物体要大几个数量级。

　　精确的轨迹设计，可以利用所谓的“引力弹弓效应”，将一个小天体甩离地球，从而为推动地球提供更大的冲量，听起来似乎很令人兴奋，但科学家估计，我们需要100万颗这样的小行星近距离掠过地球，每次飞掠的间隔约几千年，才能跟上太阳的膨胀速度。

　　可能的结果

　　在所有可能的选项中，利用多颗小行星进行引力弹弓似乎是目前最可行的方法，但在未来，如果我们学会建造巨大的太空光帆结构或超强的激光阵列，就有可能利用光来推动地球，这些技术也可以用于太空探索。

　　虽然推动地球在理论上是可能的，或许有一天我们也能发展出可行的技术上，但实际上，把包括我们在内的地球物种迁移到邻近的火星上要容易得多，这颗红色星球可能会在太阳的毁灭中幸存下来。

　　人类已经将探测器送到了火星表面，并且对其进行了许多研究，考虑到推动地球远离轨道的挑战性，我们更合理的选择应该是殖民火星，使其适宜居住，并随着时间的推移将地球人口迁移到那里.

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