我们能把整个地球移到一个新的轨道上吗?

2019/6/11 0:43:38 来源:自然法律 浏览:

在中国科幻电影《流浪地球》中,人类试图用巨大的推进器改变地球的轨道,以躲避不断膨胀的太阳,并防止与木星的碰撞。

这种情况可能有一天会实现。在50亿年内,太阳将耗尽燃料并膨胀,最有可能吞没地球。更直接的威胁是全球变暖的开始。将地球移动到更宽的轨道可能是一个解决方案——理论上也是可能的。

但是我们如何才能做到这一点呢?工程挑战是什么?为了论证,让我们假设我们的目标是将地球从目前的轨道移动到离太阳50%的轨道,类似于火星。

多年来,我们一直在设计将小行星从轨道上移开的技术,主要是为了保护我们的星球不受撞击。有些是基于一种冲动的,通常是破坏性的行为:小行星附近或表面的核爆炸,或“动力撞击器”,例如航天器高速撞击小行星。由于它们具有破坏性,因此显然不适用于地球。

其他技术包括长时间非常温和,连续的推动,由停靠在小行星表面上的拖船或在其附近盘旋的航天器(推动重力或其他方法)提供。但是对于地球来说这是不可能的,因为与最大的小行星相比,它的质量是巨大的。

电动推进器

我们实际上已经把地球从轨道上移开了。每次一个探测器离开地球去另一个星球,它都会向地球传递一个反向的小脉冲,类似于一把枪的反冲。然而对于移动地球来说,这种影响非常小。

美国太空探索技术公司(SpaceX)的猎鹰重型运载火箭是当今最强大的运载火箭。为了实现对火星的轨道改变,我们需要满负荷发射300亿次。构成所有这些火箭的材料将相当于地球的85%,只留下15%的地球在火星轨道上。

电动推进器是一种更有效的加速质量的方法 - 特别是离子驱动器,它通过发射一股带电粒子来推动容器前进。我们可以在地球轨道的尾随方向上指向并发射电动推进器。

超大推进器应该在海平面以上1000公里,超出地球大气层,但仍然用刚性梁牢固地附着在地球上,以传递推力。如果离子束以正确的方向以每秒40公里的速度发射,我们仍然需要在离子中喷射相当于地球质量13%的剩余部分来移动剩余的87%。

利用光推动航行

由于光具有动量,但没有质量,我们也可以连续地为聚焦光束(如激光)提供能量。所需的能量将从太阳收集,地球质量将不会被消耗。即使使用突破性的星图计划设想的巨大的100GW激光装置,这一计划旨在将航天器从太阳系中推出,以探索邻近的恒星,实现轨道变化仍需要30亿年的持续使用。

但是,使用驻扎在地球旁边的太阳帆,光也可以直接从太阳反射到地球。研究人员已经证明,它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。

星际台球

两个绕轨道运行的物体交换动量和改变速度的著名技术是通过一个封闭的通道,或重力弹弓。这种操纵方式已被星际探测器广泛使用。例如,“罗塞塔”(Rosetta)彗星探测器在2014-2016年访问了彗星67P,在其10年的彗星之旅中,在2005年和2007年两次在地球附近经过。

结果,地球的重力场给罗塞塔带来了相当大的加速度,而这只能用推进器完全无法实现。因此,地球得到了相反和平等的冲动 - 尽管由于地球的质量,它没有任何可测量的影响。

但是,如果我们能够使用比宇宙飞船更大的东西来执行弹弓呢?小行星当然可以被地球重定向,虽然地球轨道上的相互影响很小,但这个动作可以重复多次,最终实现相当大的地球轨道变化。

太阳系的一些区域是密集的,有小的物体,如小行星和彗星,其中许多物质的质量足够小,可以用现实技术移动,但仍然比地球实际发射的数量级大。

通过精确的轨迹设计,可以利用所谓的“Δv杠杆”—— 一个小体可以从其轨道上移开并因此绕过地球,为我们的星球提供更大的冲动。这似乎令人兴奋,但据估计,我们需要一百万个这样的小行星近距离通道,每个通道间隔几千年,以跟上太阳的扩张。

在所有可用的选项中,使用多个小行星弹弓似乎是目前最可行的。但是在未来,如果我们学习如何建造巨大的空间结构或超级强大的激光阵列,利用光可能是关键。这些也可以用于太空探索。

但是,虽然理论上是可能的,也许有一天在技术上也是可行的,但事实上,将我们的物种转移到我们的邻居火星行星上可能会更容易一些,因为火星可能在太阳的毁灭中幸存下来。毕竟,我们已经在它的表面登陆和漫游了好几次。

在考虑了移动地球是多么具有挑战性,将火星定居,让它适合居住并随着时间的推移移动地球的人口,毕竟可能听起来并不困难。

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