我们如何移动地球?从而避开小行星毁灭性碰撞
50亿年后,太阳将耗尽燃料并膨胀,很可能吞噬地球。更直接的威胁是全球变暖带来的灾难。将地球转移到一个更宽的轨道可能是一个解决方案,理论上它是可以实现的。
据国外媒体报道,在科幻电影《漫游地球》中,人类试图用巨大的螺旋桨改变地球的轨道,以避开膨胀的太阳,避免与木星相撞。
这种情况可能是真实的。50亿年后,太阳将耗尽燃料并膨胀,可能吞噬地球。更直接的威胁是全球变暖带来的灾难。将地球转移到一个更宽的轨道可能是一个解决方案,理论上它是可以实现的。
SpaceX的猎鹰重型火箭是迄今为止最先进的运载火箭。我们需要发射3000亿次满载的猎鹰重型火箭来改变地球的轨道。
但是我们应该怎么做呢?有哪些挑战?为了便于讨论,让我们假设地球当前的轨道向外偏离并移动到火星轨道。
多年来,我们一直在设计小天体——小行星——偏离其原始轨道,主要是为了保护地球免受碰撞。有些方法对小行星施加推力,但通常这种推力是破坏性的。例如,核弹在小行星表面或其附近爆炸,或者发射“动能撞击器”。宇宙飞船就像一个“动能冲击器”,与小行星高速碰撞。由于它们的破坏性,一旦这些项目实施,地球也会带来灾难。
相反,科学家们还提出了其他一些计划。在很长一段时间内,它们会非常轻柔地作用于小行星,通常是在小行星表面停靠一艘太空拖船,或者是一艘在小行星附近盘旋的宇宙飞船,通过重力或其他方法产生推力。然而,这些计划不适用于地球,因为地球比最大的行星质量更大。
使用安装在地球附近的太阳帆,光也可以直接从太阳反射到地球。研究人员说,我们需要一个10倍于地球直径的超级反射板,才能在10亿年内改变地球的轨道。
电子推进器
目前,我们有能力改变地球的原始轨道。每当地球向另一颗行星发射太空探测器时,探测器就会向地球的相反方向施加少量推力,这类似于枪击的后坐力效应。然而,这种推力对改变地球轨道几乎没有影响。
SpaceX的猎鹰重型火箭是迄今为止最先进的运载火箭。我们需要发射3000亿次满载的猎鹰重型火箭来改变地球的轨道。
电子推进器是一种更有效的质量加速方法,尤其是使用离子驱动。它的工作原理是释放一股带电粒子流来推动航天器前进。我们可以沿着地球轨道发射电子推进器。
探测67P彗星的“罗塞塔”号飞船分别于2005年和2007年在其长达10年的彗星旅程中近距离穿过地球。在此期间,地球引力场对罗塞塔产生加速度,这是仅靠螺旋桨无法实现的。
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,但仍然通过电子束与地球紧密相连以传递推力。如果一束离子以每秒40公里的速度朝正确的方向发射,我们仍然需要将相当于地球质量13%的离子“喷射”到太空中,以使地球质量的87%偏离轨道。
发射激光
由于光带有动量但没有质量,我们可以连续地为聚焦光束提供动量,例如激光。它需要的能量可以从太阳收集,而不消耗地球的质量。即使是“突破卫星摄影计划”中设想的100千兆瓦的大型激光设备也能把宇宙飞船推出太阳系去探索邻近的恒星,但要改变地球的轨道还需要3亿年。
使用安装在地球附近的太阳帆,光也可以直接从太阳反射到地球。研究人员说,我们需要一个10倍于地球直径的超级反射板,才能在10亿年内改变地球的轨道。
《明星台球》
“明星台球”是一项非常著名的技术。当两个轨道天体紧密接触时,它们交换动量并改变速度。这项技术也被称为“重力弹弓”。这种操纵方法已被星际探测器广泛使用。例如,探测67P彗星的“罗塞塔”号宇宙飞船,分别在2005年和2007年的10年彗星旅行中近距离穿过地球。在此期间,地球引力场对罗塞塔产生加速度,这是仅靠螺旋桨无法实现的。与此同时,地球产生了一个相反且相等的脉冲。虽然地球有很大的质量,但没有必要测量这种冲量。
但是如果我们用比宇宙飞船大的物体做弹弓呢?小行星当然可以被地球引力改变方向。虽然这种相互作用对地球轨道的影响很小,但这种力可以重复无数次,最终可以实现一定程度的地球轨道变化。
小天体如小行星和彗星密集地存在于太阳系的某些区域。许多小天体的质量可以利用现有技术进行转移,但它们仍然比地球发射的人造卫星大几个数量级。
基于精确的轨道设计,它很可能使用所谓的“杠杆作用”——当小天体经过地球时,由于地球的引力,它们将偏离原来的轨道。同时,如果大量小天体近距离掠过地球,它们也会在地球上产生轨道推力,但为了达到这一效果,数百万个小天体需要近距离掠过地球。
最可行的计划
在上述计划中,使用多样化的小行星弹弓似乎是目前最可行的,但在未来,如何使用光是关键因素。如果我们学会建造大型空间结构或超强激光阵列,它们也可以用于太空探索。
这些方案在理论上是可行的,随着技术的不断发展,未来的技术水平也是可以实现的。但事实上,我们更容易将地球的生态系统移到火星,地球旁边的星球。将来,当太阳被摧毁时,火星可能仍然适合人类居住。毕竟,我们已经在火星表面着陆过几次,并且可以部署探测车来探测和分析火星表面。目前,改变地球有许多技术挑战。火星上的人类被殖民了。建设宜居环境的条件尚不成熟,困难重重。(叶青城)