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科學家設想用超級太陽帆改變地球未來軌道

來源:互聯網  2008-10-24 08:30:20  評論

據英國《新科學家》雜志報道,在大約50億年左右,太陽將開始慢慢轉變成一顆膨脹的紅巨星。它的外層氣體將會不斷膨脹,從現在開始算起的70億年後,它的體積和亮度達到最大值,屆時,太陽將會吞沒整個地球。我們地球人如何避免被太陽烤焦的命運?

和地球一起移民

但是在這之前的11億年內,太陽的亮度將增加11%,陸地溫度平均上升到大約50攝氏度(120華氏度)。海洋受熱升溫,海洋水會像放在陽光充足的廚房竈台上的一鍋水,在沒有沸騰的情況下慢慢被蒸發掉。植物和動物將很難適應這種溫室環境,不過一些被稱作古生菌的單細胞有機體將會幸存下來。

但是稍後不久,一旦水蒸汽進入大氣層,太陽發出的紫外線將導致水分子分裂,構成生命細胞所需的氫將會慢慢泄漏到太空中。如果我們的後代或者我們之後的其他智能生命形式想幸存下來,他們必須移居到其他地方。但是他們要移民到哪裏呢?而且怎樣才能移居到那裏呢?

一種可能的方法將是利用火箭移居到其他行星上。然而要運走67億人,大約相當于要發射10億架航天飛機。即使我們能在一天內發射1000架航天飛機,也需要2700年才能將所有地球上的人送走。人們到達新駐地後,生活方面又會遇到麻煩。移居到其他行星需要將這些行星地球化,才能爲地球移民提供生活所需的食品、水和氧氣。既然如此,我們爲什麽不能和地球一起移民呢?

發射火箭不是辦法

基本物理學告訴我們,我們實際上是可以移動行星的。將一枚火箭發射到太空時,它産生的反沖力會把地球推向相反方向,盡管推動的距離微乎其微,這就像開槍後槍要後挫一樣。

科幻作家和訓練有素的物理學家斯坦利·施密特在他的小說《罪惡之父》中就采用了這個事實。這部小說描寫了外星人在地球南極安裝了巨大的火箭引擎,用來推動地球。然而現實生活中的地球非常龐大,一枚火箭幾乎對它的運動沒有任何影響。向正確方向發射10億枚10噸的火箭,僅有可能將地球每秒的速度改變20納米。與地球現在每秒30公裏的速度相比,這麽短的距離沒有任何意義。

一些天文學家已經開始著手解決移動行星的問題,不過這並不是爲了處理人類時段內發生的緊急事件。聖克魯茲加州大學的格雷格·勞林表示,實際上他們正在設計試驗,通過這項試驗理解行星系動力學。

將地球遷往他處

勞林和他的同事丹·柯裏肯斯基,以及密歇根大學的天文學家佛瑞德·亞當爲了了解行星系統如何重新自行排列,他們開始著手解決如何推動地球,以便不讓不斷升溫的太陽把它「蒸熟」的問題。

爲了達到預期的目的,他們三人選擇地球的最終目的地作爲一個軌道,這條軌道與太陽的距離是地球現在的軌道與太陽之間的距離的1.5倍,相當于現在的火星軌道。在63億年內,當太陽進入紅巨星階段,它的亮度將是現在的2.2倍,那時距離太陽那麽遠的行星獲得的陽光大約跟地球現在獲得的陽光一樣。將地球移到是它現在與太陽的距離的1.5倍的軌道上,大約需要將地球的軌道能量增加30%。他們表示,通過改變遙遠太陽系的冰體的軌道,讓它們從地球附近經過,將它們的一些軌道能量轉移給地球,可以實現推動地球的目的。

位于海王星外的冰體環內的天體被稱作柯伊伯帶(Kuiper Belt),更遠處一個由彗星構成的球狀雲團叫做奧爾特雲(Oort cloud?)。因爲它們遠離太陽,這些天體具有相對較低的軌道能量,因此可以利用專門用于偏轉靠近地球的小行星的方法推動它們。這些方法從輕微的引力拖拽,到利用大型推進器猛推,可謂五花八門,應有盡有。

輕微的引力拖拽方法是,讓飛船飛到那顆天體附近,利用引力使它偏離原來的運行軌道。利用大型推進器猛推的方法是,通過鑽孔,讓一部分冰體噴出來,把它向相反方向推。利用發射到那裏的儀器讓星體裏的冰噴出並蒸發掉,也可以改變它們的運行軌道。但是,現在沒有人考慮派遣未來的布魯斯·威利斯在電影中利用一座由火箭運載的核武器做這項工作。勞林說:「在做這項工作時,你必須進行非常精密的控制,核武器根本做不到這一點。」

要冒生物絕種的風險

大約有100萬顆冰體從地球附近經過,就會成功將地球推到新軌道上。如果我們給它們劃分時間段,兩次冰體經過地球的間隔大約是1000到6000年,這個速度主要由我們是否希望在太陽開始蒸幹海洋或者太陽進入紅巨星階段前到達火星軌道而定。

幸運地是,如果這些天體在木星和地球周圍運行,它們可以再度被利用,讓它們將木星的能量轉移到地球。這是一個十分艱巨的大工程,隨著太陽不斷變暖,人類必須有足夠的耐心不斷將地球向外移動。

這種方法也存在很大風險,因爲那些天體必須從距離地球表面僅10000公裏的地方經過。這些天體可能比殺死恐龍的那顆小行星更大,因此一個小小的「偏差」就有可能會釀成大錯。勞林和他的同事們對待這個問題非常嚴肅,他們在論文結束時警告說:「直徑是100公裏的天體以宇宙速度與地球相撞,將使大部分生物圈絕種,至少細菌級別的生物都會滅絕。這並不是誇大其詞。」

太陽帆將地球拖開

斯特拉思克萊德大學的機械工程師科林·麥肯奈斯表示,利用一個巨大的太陽帆可避免上述危險。太陽帆是一些非常薄,像鏡子一樣的薄膜,陽光照射在薄膜上面産生的低電壓對這些太陽帆産生推動作用。

麥肯奈斯的想法是,讓一個太陽帆在地球附近的某一點自由漂浮,這個地點的太陽輻射壓基本平衡了地球的重力。他的分析顯示,太陽帆反射的陽光將推動地球與太陽帆一起向外移動,從物理學角度來講,這增加了地球的軌道能量,並促使太陽系中心的物質更加快速地遠離太陽。

麥肯奈斯下結論說,向外移動地球,以確保它獲得與現在一樣多的熱量,需要一個直徑是地球的19.2倍的唱片形狀的太陽帆。它的繩索必須與太陽呈35度角,大約位于是月球和地球之間的距離的5倍的地方。他設想通過提煉一個直徑是9公裏、鐵豐富的小行星內的原材料,制造太陽帆。從小行星獲得的鎳和鐵,將被制成生産太陽帆所需的8微米厚的薄膜。

需要進行精確控制

太陽帆非常複雜,而且非常大,只有通過靈活控制,才能讓它保持適當形狀,在面對月球引力時,靈活控制尤其重要。但是麥肯奈斯表示,利用這種方法移動的物體重量,比讓柯伊伯帶內的天體從地球附近飛過需要移動的質量少10000倍。

科幻小說作家和美國宇航局科學家傑弗裏·蘭迪斯表示,現在這個概念還沒付諸實踐。「從物理學角度來看它似乎很有道理,但是當前還沒有技術能制造出直徑是地球直徑的20倍的太陽帆。此刻這個想法還只停留在科幻階段。」麥肯奈斯承認,他並沒有把這個想法當回事兒。

然而,盡管這些假設存在實際困難,但是勞林的電腦模擬指出了改變行星軌道存在的一個真正的危險。行星軌道是在臨近天體的引力作用下形成的,因此移動地球可能會改變其他行星的軌道,造成不可預知的潛在危險。勞林表示,如果移動地球的行爲打破了水星的穩定,整個內部太陽系將陷入一片混亂,「這種情況非常難控制,甚至無法控制。」這可能是支持讓行星自生自滅的觀點的最好的論據。

(來源:新浪科技)

據英國《新科學家》雜志報道,在大約50億年左右,太陽將開始慢慢轉變成一顆膨脹的紅巨星。它的外層氣體將會不斷膨脹,從現在開始算起的70億年後,它的體積和亮度達到最大值,屆時,太陽將會吞沒整個地球。我們地球人如何避免被太陽烤焦的命運?   和地球一起移民 但是在這之前的11億年內,太陽的亮度將增加11%,陸地溫度平均上升到大約50攝氏度(120華氏度)。海洋受熱升溫,海洋水會像放在陽光充足的廚房竈台上的一鍋水,在沒有沸騰的情況下慢慢被蒸發掉。植物和動物將很難適應這種溫室環境,不過一些被稱作古生菌的單細胞有機體將會幸存下來。 但是稍後不久,一旦水蒸汽進入大氣層,太陽發出的紫外線將導致水分子分裂,構成生命細胞所需的氫將會慢慢泄漏到太空中。如果我們的後代或者我們之後的其他智能生命形式想幸存下來,他們必須移居到其他地方。但是他們要移民到哪裏呢?而且怎樣才能移居到那裏呢? 一種可能的方法將是利用火箭移居到其他行星上。然而要運走67億人,大約相當于要發射10億架航天飛機。即使我們能在一天內發射1000架航天飛機,也需要2700年才能將所有地球上的人送走。人們到達新駐地後,生活方面又會遇到麻煩。移居到其他行星需要將這些行星地球化,才能爲地球移民提供生活所需的食品、水和氧氣。既然如此,我們爲什麽不能和地球一起移民呢? 發射火箭不是辦法 基本物理學告訴我們,我們實際上是可以移動行星的。將一枚火箭發射到太空時,它産生的反沖力會把地球推向相反方向,盡管推動的距離微乎其微,這就像開槍後槍要後挫一樣。 科幻作家和訓練有素的物理學家斯坦利·施密特在他的小說《罪惡之父》中就采用了這個事實。這部小說描寫了外星人在地球南極安裝了巨大的火箭引擎,用來推動地球。然而現實生活中的地球非常龐大,一枚火箭幾乎對它的運動沒有任何影響。向正確方向發射10億枚10噸的火箭,僅有可能將地球每秒的速度改變20納米。與地球現在每秒30公裏的速度相比,這麽短的距離沒有任何意義。 一些天文學家已經開始著手解決移動行星的問題,不過這並不是爲了處理人類時段內發生的緊急事件。聖克魯茲加州大學的格雷格·勞林表示,實際上他們正在設計試驗,通過這項試驗理解行星系動力學。 將地球遷往他處 勞林和他的同事丹·柯裏肯斯基,以及密歇根大學的天文學家佛瑞德·亞當爲了了解行星系統如何重新自行排列,他們開始著手解決如何推動地球,以便不讓不斷升溫的太陽把它「蒸熟」的問題。 爲了達到預期的目的,他們三人選擇地球的最終目的地作爲一個軌道,這條軌道與太陽的距離是地球現在的軌道與太陽之間的距離的1.5倍,相當于現在的火星軌道。在63億年內,當太陽進入紅巨星階段,它的亮度將是現在的2.2倍,那時距離太陽那麽遠的行星獲得的陽光大約跟地球現在獲得的陽光一樣。將地球移到是它現在與太陽的距離的1.5倍的軌道上,大約需要將地球的軌道能量增加30%。他們表示,通過改變遙遠太陽系的冰體的軌道,讓它們從地球附近經過,將它們的一些軌道能量轉移給地球,可以實現推動地球的目的。 位于海王星外的冰體環內的天體被稱作柯伊伯帶(Kuiper Belt),更遠處一個由彗星構成的球狀雲團叫做奧爾特雲(Oort cloud?)。因爲它們遠離太陽,這些天體具有相對較低的軌道能量,因此可以利用專門用于偏轉靠近地球的小行星的方法推動它們。這些方法從輕微的引力拖拽,到利用大型推進器猛推,可謂五花八門,應有盡有。 輕微的引力拖拽方法是,讓飛船飛到那顆天體附近,利用引力使它偏離原來的運行軌道。利用大型推進器猛推的方法是,通過鑽孔,讓一部分冰體噴出來,把它向相反方向推。利用發射到那裏的儀器讓星體裏的冰噴出並蒸發掉,也可以改變它們的運行軌道。但是,現在沒有人考慮派遣未來的布魯斯·威利斯在電影中利用一座由火箭運載的核武器做這項工作。勞林說:「在做這項工作時,你必須進行非常精密的控制,核武器根本做不到這一點。」   要冒生物絕種的風險 大約有100萬顆冰體從地球附近經過,就會成功將地球推到新軌道上。如果我們給它們劃分時間段,兩次冰體經過地球的間隔大約是1000到6000年,這個速度主要由我們是否希望在太陽開始蒸幹海洋或者太陽進入紅巨星階段前到達火星軌道而定。 幸運地是,如果這些天體在木星和地球周圍運行,它們可以再度被利用,讓它們將木星的能量轉移到地球。這是一個十分艱巨的大工程,隨著太陽不斷變暖,人類必須有足夠的耐心不斷將地球向外移動。 這種方法也存在很大風險,因爲那些天體必須從距離地球表面僅10000公裏的地方經過。這些天體可能比殺死恐龍的那顆小行星更大,因此一個小小的「偏差」就有可能會釀成大錯。勞林和他的同事們對待這個問題非常嚴肅,他們在論文結束時警告說:「直徑是100公裏的天體以宇宙速度與地球相撞,將使大部分生物圈絕種,至少細菌級別的生物都會滅絕。這並不是誇大其詞。」   太陽帆將地球拖開 斯特拉思克萊德大學的機械工程師科林·麥肯奈斯表示,利用一個巨大的太陽帆可避免上述危險。太陽帆是一些非常薄,像鏡子一樣的薄膜,陽光照射在薄膜上面産生的低電壓對這些太陽帆産生推動作用。 麥肯奈斯的想法是,讓一個太陽帆在地球附近的某一點自由漂浮,這個地點的太陽輻射壓基本平衡了地球的重力。他的分析顯示,太陽帆反射的陽光將推動地球與太陽帆一起向外移動,從物理學角度來講,這增加了地球的軌道能量,並促使太陽系中心的物質更加快速地遠離太陽。 麥肯奈斯下結論說,向外移動地球,以確保它獲得與現在一樣多的熱量,需要一個直徑是地球的19.2倍的唱片形狀的太陽帆。它的繩索必須與太陽呈35度角,大約位于是月球和地球之間的距離的5倍的地方。他設想通過提煉一個直徑是9公裏、鐵豐富的小行星內的原材料,制造太陽帆。從小行星獲得的鎳和鐵,將被制成生産太陽帆所需的8微米厚的薄膜。 需要進行精確控制 太陽帆非常複雜,而且非常大,只有通過靈活控制,才能讓它保持適當形狀,在面對月球引力時,靈活控制尤其重要。但是麥肯奈斯表示,利用這種方法移動的物體重量,比讓柯伊伯帶內的天體從地球附近飛過需要移動的質量少10000倍。 科幻小說作家和美國宇航局科學家傑弗裏·蘭迪斯表示,現在這個概念還沒付諸實踐。「從物理學角度來看它似乎很有道理,但是當前還沒有技術能制造出直徑是地球直徑的20倍的太陽帆。此刻這個想法還只停留在科幻階段。」麥肯奈斯承認,他並沒有把這個想法當回事兒。 然而,盡管這些假設存在實際困難,但是勞林的電腦模擬指出了改變行星軌道存在的一個真正的危險。行星軌道是在臨近天體的引力作用下形成的,因此移動地球可能會改變其他行星的軌道,造成不可預知的潛在危險。勞林表示,如果移動地球的行爲打破了水星的穩定,整個內部太陽系將陷入一片混亂,「這種情況非常難控制,甚至無法控制。」這可能是支持讓行星自生自滅的觀點的最好的論據。 (來源:新浪科技)
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