如何讓地球搬家，遷入一條新軌道？

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在中國科幻大片《流浪地球》中，由於太陽不斷膨脹，即將吞沒地球，人類不得已藉助分布在世界各地的巨型推進器改變地球的軌道，踏上流浪之旅。如果在將來的某一天，《流浪地球》中的情節成為現實，我們能否讓地球遷入一條新軌道？整個過程又將遭遇哪些工程學挑戰。

0億年後，太陽將耗盡燃料並不斷膨脹，極有可能吞噬地球

《流浪地球》雖然是一部科幻影片，但片中的情節可能在將來的某一天成為現實。50億年後，太陽將耗盡燃料並不斷膨脹，極有可能吞噬地球。與太陽死亡相比，全球變暖則是一個更為緊迫的威脅。將地球遷入一條新軌道是一種解決方案，而且在理論上可行。如果上演現實版的《流浪地球》，我們將怎麼做，又會遭遇哪些工程學挑戰？

首先，我們做這樣一個假設：我們的目標是讓地球遷入一條距太陽更遠的軌道——比當前軌道遠50%的類火星軌道。多年來，我們一直在研發小行星變軌技術，試圖讓它們改變軌道，避免與地球發生相撞事故。

一些變軌方案往往會採取破壞性行動，例如在小行星表面或者附近引爆核彈，又或者利用所謂的動能撞擊器，例如讓飛船高速撞擊來襲小行星。由於極具破壞性，這些方式顯然不適合地球。

其它方案較為溫和但需要相當長的時間。具體地說，就是利用鉤掛在小行星表面的拖船一點點拖動小行星，或者讓飛船在小行星附近盤旋，利用引力或者其它方式改變小行星的軌道。由於地球質量很大，即使是個頭最大的小行星，也無法與地球相提並論，這些技術同樣不適合地球。

實際上，我們一直在改變地球的軌道。每次探測器飛離地球並前往另一顆行星，都會對地球施加很小的反向推力，這有點像開槍時產生的后座力。慶幸地說，這種反向推力微乎其微，無法被我們察覺到。不過，這也意味著我們無法通過這種方式達到給地球搬家的目的。即使存在這種可能性，也是一種非常不現實的做法。

SpaceX公司的獵鷹重型火箭是當前性能最卓越的運載火箭之一。為了讓地球遷入與火星一樣的軌道，我們需要進行3萬億億次滿負荷發射。製造這些火箭耗費的材料相當於地球質量的85%。等到遷到火星軌道，地球質量就只剩下15%。

電動推進器的能效遠高於常規火箭，尤其是離子推進器。離子推進器噴射帶電粒子流，進而驅動飛船前行。我們可以向地球軌道的背向啟動巨型電動推進器，改變地球的軌道。這種巨型推進器可以部署在海平面1000公里，雖然離開地球大氣層，但仍藉助剛性梁與地球緊緊相連，不斷輸出推動力。如果方向正確，有了每秒40公里速度噴射的離子束，我們仍需要噴射出相當於地球質量13%的粒子才能推動餘下87%的質量。

雖然光子沒有靜止質量但是有動量。我們還可以給聚焦光束，例如激光束，供能來實現給地球搬家的願望。我們可以從陽光獲取所需的能量，如此一來，便無需耗費地球的質量。不過，即使採用突破攝星計劃設想的100GW超級激光陣列，也需要300億億年才能改變地球的軌道。（突破攝星的激光陣列用於驅動飛船逃離太陽系並造訪附近的恆星系統。）

藉助部署在地球附近的太陽帆，我們可以將陽光直接反射到地球。研究人員發現需要一個比地球直徑大19倍多的反射盤，才能實現這個10億年的計劃。

所謂的「引力弓」是指兩顆彼此環繞的天體通過極近但是互不接觸的方式交換動量和改變速度。這是行星際探測器慣用的一種機動方式。2014年至2016年間，歐洲航天局的「羅塞塔」號飛船造訪彗星67P。在奔赴這顆彗星的10年旅途中，「羅塞塔」號於2005年和2007年兩次近距離掠過地球。通過這種操作，地球的引力場大幅提高「羅塞塔」號的加速度。這是單純使用推進器無法做到的。雖然地球受到力量相同但方向相反的推動力，但由於地球質量很大，並不能產生可測量的影響。

如果藉助質量遠大于飛船的物體，此時的引力彈弓會產生怎樣的效果？小行星確實可以被地球的引力改變軌道，但地球軌道受到的反作用力微乎其微。如果採用這種方式，需要重複無數次，才能在很大程度上改變地球的軌道。

但太陽終究是一顆恆星，終有一天會走向死亡

太陽系的某些區域充斥著大量小天體，包括小行星和彗星，其中很多天體的質量很小，可以藉助技術手段改變它們的軌道。但與從地球發射的人造飛船相比，它們仍舊是龐然大物。

通過精準的飛行路線設計，我們可以利用「Δv槓桿」，讓地球獲得推力。所謂的「Δv槓桿」是指將小天體被推出它們的軌道而後掠過地球，讓地球獲得更大的推動力。這聽起來很令人興奮，但據科學家估計，我們需要100萬次小行星擦肩而過，每次間隔幾千年，才能在太陽急劇膨脹并吞噬地球前，讓地球逃離當下的軌道。

在所有潛在方案中，利用多顆小行星的引力彈弓在當下最具可行性。但在未來，光束驅動才是最佳選擇。如果我們知道如何在太空中建造巨型建築或者擁有功率超級強大的激光陣列，我們便可讓這個方案成為現實。除了改變地球軌道，這項技術也可用於太空探索。

作為地球的鄰居，殖民火星一直是人類的一個夢想。即使太陽在未來發生可怕的膨脹，火星也可能幸免於難。現在，火星殖民計劃只在理論上具有可能性，但在將來的某一天，這項計劃在技術上也將具有可行性。

與改變地球軌道相比，移民火星的難度更低。畢竟，我們已經多次派遣探測器造訪這顆紅色星球。在思考地球變軌面臨的挑戰時，我們不妨將目光投向火星殖民計劃。我們可以藉助技術手段讓火星具有宜居性，而後隨著時間的推移分批移民。與讓地球流浪相比，這是一個更合理的選擇。

來源：漫步宇宙

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