太陽(yáng)帆助地球“搬家”

編譯 程輝

50億年后，地球人將面臨因太陽(yáng)膨脹帶來(lái)的巨大危機(jī)，屆時(shí)我們何去何從?

太陽(yáng)膨脹，地球“搬家”

就算我們自己不毒害(污染)環(huán)境，也不加熱地球(加劇全球變暖)，隨著時(shí)間的推移，這顆生命之星也一樣會(huì)毫不留情地走向末日。原因很簡(jiǎn)單——太陽(yáng)一直在出小小的問(wèn)題。

隨著太陽(yáng)內(nèi)核的氫不斷燃燒，太陽(yáng)正在緩慢升溫。大約50億年后，太陽(yáng)將演變成一顆腫脹的紅巨星。再過(guò)20億年，太陽(yáng)的大小和亮度都將達(dá)到最大值，屆時(shí)太陽(yáng)的氣體外殼將腫脹到足以吞沒(méi)整個(gè)地球。不過(guò)，在此之前很久，距今只有11億年時(shí)，太陽(yáng)的亮度將增加11％，導(dǎo)致地球表面溫度升高到大約50攝氏度，屆時(shí)地球海洋將在無(wú)需沸騰的情況下蒸發(fā)。

雖然像古菌這樣的一些單細(xì)胞生物屆時(shí)仍有可能存活下來(lái)，但動(dòng)植物無(wú)疑將很難挺過(guò)如此嚴(yán)酷的環(huán)境變遷。不僅如此，在此之后沒(méi)過(guò)多久，一旦水蒸氣都進(jìn)入大氣層，來(lái)自于太陽(yáng)的紫外線(xiàn)就會(huì)撕裂水分子，構(gòu)筑生命細(xì)胞所需的氫從此將逐漸逃離地球，進(jìn)入太空。顯然，假如人類(lèi)(或者人類(lèi)之后地球上演化出的其他智能生命形式)那時(shí)候若想活下去，就不得不移民他鄉(xiāng)。但是，該向哪里移民，又該怎樣移民呢?

一種辦法是點(diǎn)燃火箭，讓它送載人飛船前往其他行星。早在1930年，英國(guó)科幻小說(shuō)家?jiàn)W拉夫·斯塔普雷頓就描述了一種可能的未來(lái)場(chǎng)景：當(dāng)?shù)厍蜃罱K變得不可居住時(shí)，我們的后代首先逃到金星，然后再逃到海王星。像斯蒂芬·霍金這樣的著名科學(xué)家也設(shè)想，最終需要在月球或其他行星上建立移民定居點(diǎn)，用以接納需要逃離滅頂之災(zāi)的地球人。

然而，要想撤離全部67億地球人，就需要發(fā)射10億架次航天飛機(jī)。就算每天發(fā)射1000架次，也需要2700年才能移走全部的地球人口。接下來(lái)還有如何照顧抵達(dá)新家園的人們的問(wèn)題。不管把人移到地球之外的哪一顆行星，都必須對(duì)這顆行星進(jìn)行地球化改造，以提供食物、水和氧來(lái)支撐人類(lèi)定居點(diǎn)。

既然有這么多的麻煩，干脆把整個(gè)地球(以及地球上的所有人和自然資源)移到一個(gè)合適的地方，豈不更好?

茫茫太空，何處安身

物理學(xué)基本定律告訴我們，移動(dòng)行星并非不可能。例如，地球上每發(fā)射一枚火箭至太空，就會(huì)把地球朝相反方向推出一點(diǎn)點(diǎn)，就像打槍時(shí)槍會(huì)回退一樣。同時(shí)身為科幻小說(shuō)家和物理學(xué)家的斯坦利-施密特曾經(jīng)描繪了這樣的情景：外星人在地球南極發(fā)射巨型火箭，從而移動(dòng)地球。

而現(xiàn)實(shí)情況是，地球是如此巨大而沉重，發(fā)射一枚火箭對(duì)地球的影響簡(jiǎn)直微乎其微。哪怕朝同一方向發(fā)射10億枚10噸級(jí)的火箭，也只能讓地球的速度發(fā)生每秒僅僅20納米(1納米等于十億分之一米)的改變——跟地球現(xiàn)在每秒30千米的速度相比，這簡(jiǎn)直是九牛一毛。

一些天文學(xué)家已經(jīng)在考慮移動(dòng)行星的問(wèn)題，這必然牽涉到行星系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)。在太陽(yáng)系中，行星動(dòng)力學(xué)看來(lái)既簡(jiǎn)單又有序。但是，從已發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系以外的行星來(lái)看，情況則大不一樣。那些“熱木星”在很靠近自己母恒星的軌道上運(yùn)行，那里非常高溫。很明顯，那些“熱木星”原本并不是在自己現(xiàn)行的軌道附近形成的，因?yàn)槟抢锏沫h(huán)境條件不可能讓足夠的氣體和塵埃累積形成如此巨大的“熱木星”。那么，這些“熱木星”一定是在更遙遠(yuǎn)的地方形成之后“移居”此地的。

正是在弄清行星系統(tǒng)是怎樣重置自己的問(wèn)題時(shí)，一些科學(xué)家才想到了另一個(gè)問(wèn)題：怎樣移動(dòng)地球，使它最終不至于被升溫的太陽(yáng)烤焦?

為便于計(jì)算，科學(xué)家將地球的最終目的地選擇為一個(gè)距離太陽(yáng)為現(xiàn)行日地距離1.5倍的軌道，也就是火星目前的軌道。63億年后，當(dāng)太陽(yáng)進(jìn)入紅巨星階段、亮度比現(xiàn)在高2.2倍時(shí)，地球在這個(gè)軌道中接收到的太陽(yáng)光和現(xiàn)在差不多一樣多。

要想把地球移到如此距離的環(huán)形軌道中，就需要將地球的軌道能量增加30％。科學(xué)家認(rèn)為，這在理論上是可行的，只需改變太陽(yáng)系外圍冰質(zhì)天體的軌道，讓它們近距離經(jīng)過(guò)地球，從而將它們的部分軌道能量傳輸給地球即可。

這些冰質(zhì)天體呆在兩個(gè)地方：一個(gè)是比海王星還遠(yuǎn)的柯伊伯帶；另一個(gè)則是更遠(yuǎn)的奧爾特云，那里是彗星的發(fā)祥地。這些冰質(zhì)天體因?yàn)檫h(yuǎn)離太陽(yáng)，它們的軌道能量相對(duì)較低，只需利用使近地小行星偏離地球的方法就能讓冰質(zhì)天體改變軌道——如果只需作輕微改變，就讓飛船靠近冰質(zhì)天體，用引力將其拖離軌道；如果需要猛烈移動(dòng)，就要使用質(zhì)量驅(qū)動(dòng)機(jī)，它能挖掘冰質(zhì)天體，讓天體噴出物質(zhì)，從而反向推動(dòng)目標(biāo)天體。

接下來(lái)，就要細(xì)微調(diào)整目標(biāo)天體的軌道，方法是：發(fā)射相關(guān)設(shè)備到目標(biāo)天體上，氣化天體表面材料，噴射冰氣流，從而讓目標(biāo)天體向太陽(yáng)系中心移動(dòng)。科學(xué)家提醒說(shuō)，最好不要使用核彈來(lái)完成上述任務(wù)，因?yàn)榭隙苷业礁踩⒁哺行У霓k法。

在100萬(wàn)顆目標(biāo)天體如此近距離經(jīng)過(guò)地球之后，目的即可實(shí)現(xiàn)。我們可以平衡安排，每1000年～6000年制造這樣的一次近距離經(jīng)過(guò)。至于是1000年、2000年還是多久，則取決于我們希望地球在何時(shí)進(jìn)入火星軌道：是在太陽(yáng)開(kāi)始蒸發(fā)地球海洋之前，還是等到太陽(yáng)進(jìn)入紅巨星階段之后?幸運(yùn)的是，如果能讓這些目標(biāo)天體同時(shí)環(huán)繞木星和地球運(yùn)行，它們就能被重復(fù)使用——讓它們截取木星的能量，然后傳輸給地球。

這無(wú)疑是一項(xiàng)堪稱(chēng)無(wú)比巨大的任務(wù)，因?yàn)檫@項(xiàng)任務(wù)歷時(shí)太久，需要的耐性太大，同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)也相當(dāng)巨大：目標(biāo)天體必須在距離地球僅10000千米的地方經(jīng)過(guò)。

目標(biāo)天體遠(yuǎn)比當(dāng)初撞擊地球、殺滅恐龍等生物的那顆小行星(或彗星)大，所以哪怕一次“閃失”，也會(huì)造成極具災(zāi)難性的后果。科學(xué)家計(jì)算出，就算一顆直徑100千米的天體以宇宙速度撞擊地球，也會(huì)重創(chuàng)生物圈。

太陽(yáng)加力

計(jì)算結(jié)果顯示，為了讓地球的外移和太陽(yáng)的升溫保持同步，這面圓盤(pán)狀太陽(yáng)帆的直徑必須達(dá)到地球直徑的19.2倍，同時(shí)還要跟指向太陽(yáng)的直線(xiàn)保持35°夾角，太陽(yáng)帆和地球之間的距離約為地球跟月球之間距離的5倍。為此，有科學(xué)家設(shè)想：這面太陽(yáng)帆可以在太空中組裝，原材料可以從一顆9千米寬、富含金屬的小行星就地取材；采自小行星的鎳和鐵，將被用來(lái)制造僅8微米厚的太陽(yáng)帆的膜片。

這面太陽(yáng)帆不僅面積超級(jí)巨大，而且超級(jí)復(fù)雜。由于這面太陽(yáng)帆必將面臨月球的引力擾動(dòng)，所以必須對(duì)太陽(yáng)帆實(shí)施持續(xù)的控制，使它始終保持合適的形狀。雖然太陽(yáng)帆方法所花的力氣僅為移動(dòng)目標(biāo)天體方法的萬(wàn)分之一，理論上也完全可行，但現(xiàn)行的技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法造出一面20倍于地球直徑的太陽(yáng)帆。

說(shuō)到底，無(wú)論是移動(dòng)冰質(zhì)天體還是放置巨型太陽(yáng)帆，目前都仍停留于科學(xué)幻想階段。不僅如此，就算真有了這樣的技術(shù)手段，干預(yù)行星運(yùn)行軌道的后果也可能非常可怕。事實(shí)上，行星軌道跟相鄰天體的引力拉動(dòng)密切相關(guān)，一旦移動(dòng)地球，太陽(yáng)系其他內(nèi)行星的軌道都將受到影響，其潛在的后果既無(wú)法預(yù)測(cè)，又十分危險(xiǎn)。計(jì)算表明，假如這種移動(dòng)破壞了水星的穩(wěn)定性，整個(gè)內(nèi)太陽(yáng)系部將陷入一片混亂，根本無(wú)法控制。難怪有科學(xué)家指出，除非別無(wú)其他選擇，我們決不能干預(yù)行星的運(yùn)動(dòng)。

至此，移動(dòng)地球或其他天體說(shuō)到底只是科幻，但很有趣，不是嗎?