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我们该如何“移动”地球,从而避开小行星毁灭性碰撞

发布者:無名 / 2019-5-21 14:54:01/ [显示全部楼层] /只看大图 /倒序浏览 /阅读模式
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[天文航天] 我们该如何“移动”地球,从而避开小行星毁灭性碰撞

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据外媒报导,科幻电影《流浪地球》中,人类试图利用巨大的推进器改变地球轨道,从而远离不断膨胀的太阳,避免与木星发生碰撞。

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这一情景或许会真实上演,50亿年之后,太阳将耗尽燃料并膨胀,很可能会吞噬地球。更直接的威胁是全球气候转暖带来的大灾难,将地球偏移至一个更宽的运行轨道可能是一个解决方案,并且从理论上讲是可以实现的。

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但是我们应该如何去做呢?以及存在什么挑战呢?为了便于讨论,让我们假设一下将地球当前轨道向外侧偏离,移至火星轨道位置。

多年以来,我们一直在设计将小型天体——小行星,偏离原运行轨道,主要是为了保护地球免遭碰撞。一些方法是对小行星作用推力,但通常这种推力是具有破坏性的,例如:一颗核弹在小行星表面或者附近引爆,或者发射一枚“动能撞击器”,宇宙飞船充当“动能撞击器”,与小行星发生高速碰撞。由于它们的破坏性,一旦此类方案启动实施,地球也将带来一场灾难。

相反,科学家也提出了一些其他方案,在一个很长的时期内,非常温和地对小行星作用推力,通常在小行星表面停靠一艘太空拖船,或者一艘航天器盘旋在小行星附近,通过引力或者其它方法产生推力。但这些方案并不适用于地球,因为地球比最大小行星的质量更大。

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电子推进器   

目前我们已具备偏移地球原轨道的能力,每次地球发射一颗太空探测器前往另一颗星球,该探测器都会向地球施加一个相反方向的小等级推力,其类似于枪支射击的反冲作用。但是这种推力对于偏移地球运行轨道效果甚微。

SpaceX公司“猎鹰重型火箭”是迄今最先进的运载火箭,我们需要满负载发射“猎鹰重型火箭”3万亿亿次,才能实现地球轨道变化。

电子推进器是一种更有效的质量加速方法,尤其是采用离子驱动,其工作原理是释放一股带电粒子流,推动飞船前行。我们可以沿着地球轨道运行方向发射一个电子推进器。

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超大型推进器应当位于海平面之上1000公里处,在地球大气层之外,但仍通过电子束与地球紧紧连接在一起,以传递推力。如果一束离子以每秒40公里的速度沿着正确方向发射,我们仍需要向太空“喷射”相当于地球13%质量的离子,才能导致地球87%的质量产生轨道偏移。

发射激光   

由于光携带动量,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。其所需的能量可从太阳收集,而不会消耗地球质量。即使是“突破摄星计划”设想的巨大100GW激光设备,它能够推动宇宙飞船飞离太阳系,探索邻近恒星,但也需要3亿亿年时间持续使用才能改变地球运行轨道。

使用安装在地球附近的太阳帆,光线也可以直接从太阳反射至地球,研究人员表示,我们需要一个地球直径10倍的超级反射盘,才能在10亿年时间里实现地球轨道改变。

“星际台球”   

“星际台球”是一种非常著名的技术,两颗轨道运行天体在近距接触时交换动量,并改变运行速度,这种技术又被称为“引力弹弓”。这种类型的操纵方法已被星际探测器广泛采用,例如:勘测67P彗星的“罗塞塔号”飞船,在其10年的彗星旅行中,分别于2005年和2007年两次近距离掠过地球。在此期间,地球引力场对“罗塞塔号”产生加速度,而仅靠推进器是无法实现的。同时,地球产生一个相反、相等的冲量,尽管地球质量较大,这个等级的冲量没有必要进行测量。

但如果我们用比宇宙飞船更大的物体作为“弹弓”呢?小行星当然可以被地球引力重新定向,虽然这种相互作用对地球轨道影响很小,但是这种作用力可以重复无数次,最终能实现一定程度的地球轨道变化。

太阳系一些区域密集存在着小行星和彗星等小型天体,其中许多小天体的质量可以使用现有技术进行偏移,但它们仍比地球发射的人造卫星大几个数量级。

基于精确轨道设计,很可能利用所谓的“杠杆作用”——当小型天体掠过地球时,受地球引力作用,它们会偏移原运行轨道。同时,如果大量小型天体近距离掠过地球,也会对地球产生轨道推力,但达到该效果需要数百万颗小天体近距离掠过地球。

最可行方案   

以上几种方案中,使用多样化小行星弹弓似乎是目前最可行的,但在未来,如何利用光线才是关键因素,如果我们学会建造大型太空结构或者超强激光阵列,它们也可以用于太空探索。

这些方案理论上是可行的,并且随着技术不断发展,未来技术层面也是可以实现的。但实际上我们更容易做到的是将地球生态系统移到地球邻近星球——火星,未来当太阳遭受毁灭灾难时,火星仍有可能具备人类宜居条件。毕竟我们已在火星表面着陆数次,并能部署火星车在火星表面勘测分析。目前,偏移地球具有诸多技术挑战,地球人类在火星上殖民化,建立宜居环境的条件尚不成熟,并且存在很大困难。

来源:新浪科技  作者:叶倾城

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