太陽帆助地球“搬家”

編譯 程輝

50億年后，地球人將面臨因太陽膨脹帶來的巨大危機，屆時我們何去何從?

太陽膨脹，地球“搬家”

就算我們自己不毒害(污染)環境，也不加熱地球(加劇全球變暖)，隨著時間的推移，這顆生命之星也一樣會毫不留情地走向末日。原因很簡單——太陽一直在出小小的問題。

隨著太陽內核的氫不斷燃燒，太陽正在緩慢升溫。大約50億年后，太陽將演變成一顆腫脹的紅巨星。再過20億年，太陽的大小和亮度都將達到最大值，屆時太陽的氣體外殼將腫脹到足以吞沒整個地球。不過，在此之前很久，距今只有11億年時，太陽的亮度將增加11％，導致地球表面溫度升高到大約50攝氏度，屆時地球海洋將在無需沸騰的情況下蒸發。

雖然像古菌這樣的一些單細胞生物屆時仍有可能存活下來，但動植物無疑將很難挺過如此嚴酷的環境變遷。不僅如此，在此之后沒過多久，一旦水蒸氣都進入大氣層，來自于太陽的紫外線就會撕裂水分子，構筑生命細胞所需的氫從此將逐漸逃離地球，進入太空。顯然，假如人類(或者人類之后地球上演化出的其他智能生命形式)那時候若想活下去，就不得不移民他鄉。但是，該向哪里移民，又該怎樣移民呢?

一種辦法是點燃火箭，讓它送載人飛船前往其他行星。早在1930年，英國科幻小說家奧拉夫·斯塔普雷頓就描述了一種可能的未來場景：當地球最終變得不可居住時，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家也設想，最終需要在月球或其他行星上建立移民定居點，用以接納需要逃離滅頂之災的地球人。

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

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

茫茫太空，何處安身

物理學基本定律告訴我們，移動行星并非不可能。例如，地球上每發射一枚火箭至太空，就會把地球朝相反方向推出一點點，就像打槍時槍會回退一樣。同時身為科幻小說家和物理學家的斯坦利-施密特曾經描繪了這樣的情景：外星人在地球南極發射巨型火箭，從而移動地球。

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

一些天文學家已經在考慮移動行星的問題，這必然牽涉到行星系統的動力學。在太陽系中，行星動力學看來既簡單又有序。但是，從已發現的太陽系以外的行星來看，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行，那里非常高溫。很明顯，那些“熱木星”原本并不是在自己現行的軌道附近形成的，因為那里的環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”一定是在更遙遠的地方形成之后“移居”此地的。

正是在弄清行星系統是怎樣重置自己的問題時，一些科學家才想到了另一個問題：怎樣移動地球，使它最終不至于被升溫的太陽烤焦?

為便于計算，科學家將地球的最終目的地選擇為一個距離太陽為現行日地距離1.5倍的軌道，也就是火星目前的軌道。63億年后，當太陽進入紅巨星階段、亮度比現在高2.2倍時，地球在這個軌道中接收到的太陽光和現在差不多一樣多。

要想把地球移到如此距離的環形軌道中，就需要將地球的軌道能量增加30％。科學家認為，這在理論上是可行的，只需改變太陽系外圍冰質天體的軌道，讓它們近距離經過地球，從而將它們的部分軌道能量傳輸給地球即可。

這些冰質天體呆在兩個地方：一個是比海王星還遠的柯伊伯帶；另一個則是更遠的奧爾特云，那里是彗星的發祥地。這些冰質天體因為遠離太陽，它們的軌道能量相對較低，只需利用使近地小行星偏離地球的方法就能讓冰質天體改變軌道——如果只需作輕微改變，就讓飛船靠近冰質天體，用引力將其拖離軌道；如果需要猛烈移動，就要使用質量驅動機，它能挖掘冰質天體，讓天體噴出物質，從而反向推動目標天體。

接下來，就要細微調整目標天體的軌道，方法是：發射相關設備到目標天體上，氣化天體表面材料，噴射冰氣流，從而讓目標天體向太陽系中心移動。科學家提醒說，最好不要使用核彈來完成上述任務，因為肯定能找到更安全、也更有效的辦法。

在100萬顆目標天體如此近距離經過地球之后，目的即可實現。我們可以平衡安排，每1000年～6000年制造這樣的一次近距離經過。至于是1000年、2000年還是多久，則取決于我們希望地球在何時進入火星軌道：是在太陽開始蒸發地球海洋之前，還是等到太陽進入紅巨星階段之后?幸運的是，如果能讓這些目標天體同時環繞木星和地球運行，它們就能被重復使用——讓它們截取木星的能量，然后傳輸給地球。

這無疑是一項堪稱無比巨大的任務，因為這項任務歷時太久，需要的耐性太大，同時風險也相當巨大：目標天體必須在距離地球僅10000千米的地方經過。

目標天體遠比當初撞擊地球、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”，也會造成極具災難性的后果。科學家計算出，就算一顆直徑100千米的天體以宇宙速度撞擊地球，也會重創生物圈。

太陽加力

計算結果顯示，為了讓地球的外移和太陽的升溫保持同步，這面圓盤狀太陽帆的直徑必須達到地球直徑的19.2倍，同時還要跟指向太陽的直線保持35°夾角，太陽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，有科學家設想：這面太陽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，將被用來制造僅8微米厚的太陽帆的膜片。

這面太陽帆不僅面積超級巨大，而且超級復雜。由于這面太陽帆必將面臨月球的引力擾動，所以必須對太陽帆實施持續的控制，使它始終保持合適的形狀。雖然太陽帆方法所花的力氣僅為移動目標天體方法的萬分之一，理論上也完全可行，但現行的技術還遠遠無法造出一面20倍于地球直徑的太陽帆。

說到底，無論是移動冰質天體還是放置巨型太陽帆，目前都仍停留于科學幻想階段。不僅如此，就算真有了這樣的技術手段，干預行星運行軌道的后果也可能非常可怕。事實上，行星軌道跟相鄰天體的引力拉動密切相關，一旦移動地球，太陽系其他內行星的軌道都將受到影響，其潛在的后果既無法預測，又十分危險。計算表明，假如這種移動破壞了水星的穩定性，整個內太陽系部將陷入一片混亂，根本無法控制。難怪有科學家指出，除非別無其他選擇，我們決不能干預行星的運動。

至此，移動地球或其他天體說到底只是科幻，但很有趣，不是嗎?