如果人类想移动地球，能做到吗？

123457536

至少在理论上，将行星转移到另一个轨道是有可能的。太空系统工程师马蒂奥·切里奥蒂作出以下解释。


2019年在网上播出的中国科幻电影《流浪地球》中，人类为了躲避不断膨胀的太阳，试图用巨大的推进器来改变地球运转轨道并且防止地球与木星相撞。
这个科幻猜想在未来的某一天可能真的会变成现实。50亿年后，太阳会耗尽能量然后开始膨胀，极有可能吞噬地球。相对于50亿年后的危机，眼下更具威胁的则是全球变暖问题。把地球转移到尽可能远的轨道上不失为一种解决方案，且在理论上是可行的。


但是，我们如何才能做到这一点？在技术方面又将面临何种挑战呢？为了便于讨论，假设我们的目标是把地球从目前的轨道移动到离太阳50%远的轨道上，类似火星运转轨道。
其实多年来我们一直在研究改变小行星运转轨道上的方法，主要目的是为了保护我们的星球不受其撞击。其中有些是简单粗暴且具有破坏性的办法：在小行星的表面或附近的制造核爆炸，或“动能撞击器”，例如宇宙飞船与小行星高速相撞。由于它们的破坏性，这个办法显然不适用于地球。


其他的方法则是非常温和的，比如由停靠在小行星表面的拖船长时间持续推动，或是由航天器在小行星附近盘旋（通过重力或其他方法推动）。但这对地球来说是不可能的，因为地球的质量甚至比最大的小行星都要大。
电子动推进器
实际上我们已经把改变了地球的轨道：每当一个探测器从地球发射去往另一个星球时，它会给予地球一个很小的反向冲击力，类似于枪的后坐力。幸运的是这种影响对我们而言非常小，同时也很遗憾这股力量无法改变地球运转轨道。
电子推进器是加速质量的一种更有效的方法，尤其是离子推动器，它的工作原理是发射出一股带电粒子流，推动船只前进。我们可以向地球轨道的尾部发射电动推进器。


图解：“重型猎鹰”运载火箭。太空探索技术公司（SpaceX）官方照片
太空探索技术公司的“重型猎鹰”号是当今世界动力最强的运载火箭。而我们需要它满负荷发射3千亿次，才能让地球实现向火星方向的变轨。制造这些火箭所需要的原料相当于地球总质量的85%，那我们只能剩下15%的地球去火星轨道。
电子推进器是加速质量的一种更有效的方法，尤其是离子推动器，它的工作原理是发射出一股带电粒子流，推动船只前进。我们可以向地球轨道的尾部发射电动推进器。


这种超大推进器超过海平面1000公里，突破了地球大气层，但仍牢牢的固地在地球上，以传递推力。即使方向丝毫不差，超大推进器以每秒40公里的速度喷射离子束，我们仍然需要发射相当于地球质量13%的离子来移动剩下的87%。
光之帆
由于光有动量，虽然没有质量，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，这样地球质量将不会被消耗。在“突破性星空计划”中所设想了一个巨大的100吉瓦激光设备，它的目的是把航天器推出太阳系去探索邻近的恒星，但即使是使用它，仍然需要30亿年的持续使用才能实现地球的轨道变化。


图解：艺术家设想的小型太阳光帆船。行星协会/里克·斯坦巴赫
但光也可以通过停留在地球旁边的太阳帆直接从太阳反射到地球。究人员已表示，要在10亿年的时间尺度内实现地球轨道改变，需要一个比地球直径大19倍的反射盘。


星际台球
引力弹弓，一种通过近距离的接触让两个绕轨道运行的物体交换动量和改变速度的著名方法。这种操纵方式被广泛使用在星际探测器上。例如，2014-2016年访问67P彗星的罗塞塔号宇宙飞船，在其10年的彗星之旅中，于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号带来了巨大的加速度，这一点单靠推进器是无法实现的。所以地球同时也受到一个相反且相等的冲击力，尽管由于地球的质量相对过大所以没有任何可测量的影响。


图解：罗塞塔飞行轨迹。美国航天局/喷气推进实验室
但是如果我们能用比太空船更大的东西来做弹弓又将会如何呢？如果是小行星来做弹弓，它一定会被地球重新定向，虽然这对地球轨道的影响很小，但这种作用可以重复多次，最终实现地球轨道的大幅度变化。
太阳系的一些区域聚满了小行星和彗星等小型天体，其中许多质量小到可以被我们现有技术所移动，但仍然比目前从地球上发射火箭的要大几个数量级。
在精确的弹道计算下，可以利用所谓的“Δv杠杆”，把一个小型天体推离轨道，让它在地球旁通过，从而为我们的星球提供了更大的动力。这可能看起来很激动人心，但根据估算，我们需要一百万个这样的小行星近距离通过，每个距离大约几千年，才能跟上太阳的膨胀速度。


判决书
在所有可用的选项中，使用多个小行星做弹弓似乎是目前最可行的。但在未来，如果我们学会了如何建造巨型空间结构或超强激光阵列，利用光可能会成为关键。这些也可用于空间探索。
虽然理论上是可能的，也许有一天在技术上也能实现，但实际上将我们的物种转移到我们的行星邻居火星可能会更容易，毕竟火星可能会在太阳的毁灭中幸存下来。我们现在已经在它的表面着陆和漫游了数次。
在讨论了移动地球有多困难之后，殖民火星、使其适合居住，并随着时间的推移将地球人口迁移到那里，听起来视乎并没有那么困难了。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. cosmosmagazine- X-inG
如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除
转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

翻译：天文志愿文章组- X-inG
审核：天文志愿文章组-
排版：零度星系
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://cosmosmagazine.com/space/if-humanity-had-to-move-the-earth-could-we-do-it
本文由天文志愿文章组- X-inG翻译自cosmosmagazine的作品，如有相关内容侵权，请于三十日以内联系运营者删除。