流浪的地球：火箭科学家解释了我们如何能够移动我们的星球

在最近在Netflix上发布的中国科幻电影The Wandering Earth中，人类试图用巨大的推进器改变地球的轨道，以逃避不断扩大的太阳 – 并防止与木星的碰撞。

这种情况可能有一天会成真。在五十亿年中，太阳将耗尽燃料并扩大，最有可能吞没地球。更直接的威胁是全球变暖的大灾难。将地球移动到更宽的轨道可能是一种解决方案 – 理论上它是可能的。

但我们怎么能解决这个问题呢？工程挑战是什么？为了论证，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体 – 小行星 – 从轨道上移走的技术，主要是为了保护地球免受撞击。一些是基于冲动的，通常是破坏性的动作：小行星表面附近或表面上的核爆炸，或“动能撞击器”，例如航天器高速撞击小行星。由于它们具有破坏性，这些显然不适用于地球。

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

实际上我们已经将地球从轨道上移开了。每当探测器离开地球进入另一个行星时，它就会向相反方向的地球施加一个小的冲动，类似于枪的反冲。对我们来说幸运的是 – 但不幸的是，为了移动地球 – 这种效果非常小。

SpaceX的Falcon Heavy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，其通过发射带动粒子流来推进容器向前工作。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％。

在光上航行

由于光携带动量，但没有质量，我们也可以连续为聚焦光束（例如激光）供电。将从太阳收集所需的能量，并且不会消耗地球质量。即使使用Breakthrough Starshot项目设想的巨大的100GW激光设备，该项目旨在推动太空系统探测相邻恒星币，但仍需要三亿亿年的连续使用才能实现轨道变化。

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。
漫游地球的预告片

行星际台球

两个轨道运动体交易所动量并改变其速度的一种众所周知的技术是通过近距离通道或重力弹弓。这种类型的机动已经被行星际探测器广泛使用。例如，在2014年至2016年期间，在其彗星的十年旅程中访问彗星67P的罗塞塔太空船在2005年和2007年两次在地球附近通过。

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，地球获得了相反且相同的冲动 – 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Cosmos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” – 一个小的身体可以从其轨道上移开并因此摆过地球，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。

判决

在所有可用的选项中，使用多个小行星弹弓似乎是目前最容易实现的。但是在未来，如果我们学习如何构建巨大的空间结构或超强大的激光阵列，那么开发光可能是关键。这些也可以用于太空探索。

虽然它在理论上是可行的，并且可能有一天在技术上可行，实际上可能更容易将我们的物种移动到我们的行星隔壁邻居火星，这可能在太阳的毁灭中幸存下来。毕竟，我们已经多次降落并表面磨损。

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。

本文根据知识共享许可在The Conversation中重新发布。你可以在这里阅读原文。