《流浪地球》究竟是作家的浪漫幻想，還是人類的最終宿命？

2020-12-12 科技風人院


地球的命運


2019年的賀歲片《流浪地球》根據著名科幻作家劉慈欣的同名小說改編，在內地和全球範圍都好評如潮。


該片講述了人類為了逃離不斷膨脹的太陽，並防止與木星相撞，試圖利用巨大的推進器改變地球的軌道，最終，地球成為了宇宙中的一顆流浪的星球。


那麼，影片所描述的災難未來是否真的會發生呢？答案是肯定的。


在50億年後，太陽將耗盡燃料並開始膨脹，最終會吞噬地球。把地球移到更寬的軌道上只是初步解決方案，屆時人類真正需要的，是尋找一顆類似太陽但是正值壯年的恆星並圍繞它旋轉，而在這之前不可避免的就是讓地球脫離太陽系並進行星際旅行。


這將是人類的一次艱難之旅。那麼這樣的旅行從科學的角度來看，是否真的可以實現呢？不要著急，請接著往下讀。


地球星際旅行能否利用火箭反推力？


實際上，我們經常把地球從運行軌道上移開。每次我們發射火箭時，都會向地球施加一個相反方向的衝力，類似於槍械的後坐力，只不過這種影響非常微小。小到什麼程度呢？我們以將地球軌道遷移到火星軌道附近為例（5500萬-4億公裡），假設使用SpaceX的重型獵鷹火箭（目前運載力最強的火箭），需要3000億次滿負荷的發射才能實現，構成這些火箭的材料需要消耗掉85%個地球。很顯然，這種常規的方案並不可行。


地球星際旅行能否利用粒子推進器？


相比火箭反作用力，粒子推進器是一種更為有效的方法，它的工作原理是發射出帶電粒子束，推動物體前進。


為了推動地球，我們需要一個超大的粒子推進器，它高出海平面1000公裡，超出地球大氣層。用粒子束以40公裡/秒的速度向正確的方向發射，要達到火星軌道，我們仍然需要噴射出相當於地球質量13%的粒子。


所以，這種方法好像也不太可行，還沒有離開太陽系呢，地球就已經被消耗殆盡了。


地球星際旅行能否利用光動能？


我們也可以利用持續聚焦的光束提供動力，比如雷射。所需的能量將從太陽中收集，而且不會消耗地球質量。聽起來是不是很不錯呢？


假設使用100GW的巨大雷射裝置，需要30億年才能到達火星軌道。如果在地球旁邊建設一個巨大的太陽光帆（比地球直徑大19倍），將光從太陽直接反射到地球，以提高光的利用效率，也需要10億年才能實現軌道變化。


考慮到50億年後太陽才開始膨脹，這種方式是完全可行的。


地球星際旅行能否利用引力彈弓？


兩個軌道物體交換動量和改變速度的一種著名技術是近距離通過，即引力彈弓。行星際探測器廣泛使用了這種操作方式。


例如，2014-2016年訪問67P彗星的「羅塞塔」號太空飛行器，在其十年的彗星之旅中，曾於2005年和2007年兩次經過地球附近。地球的引力場給「羅塞塔」號提供了巨大的加速度，如果僅使用推進器，這是無法實現的。


太陽系的一些區域密布著小行星和彗星等小天體，其中很多小天體的質量很小，可以用現實的技術來移動它們，讓其按經過精確計算的軌道經過地球，此時在地球給小天體提供加速度時，也會受到相同的反作用力。


不過由於地球的質量太大，我們將需要100萬次這樣的小行星近距離通過，每次間隔大約幾千年，才能跟上太陽的膨脹速度。


怎樣抵禦遠離太陽帶來的嚴寒？


只要地球開始遠離太陽，就會面臨全球降溫。降溫的速度很大程度上取決於具體的軌跡, 但即使是保守的估計，地球也會在幾年內進入冰河世紀，並且會變得越來越冷。屆時地球表面將無法再無任何液態水，用不了多久，地球表面的一切生物都會死亡。


然而，也並非一點希望都沒有。海洋會從地表向下結冰，當它們結冰時，實際上會隔絕更深層的海水。在海洋完全凍結之前，可能需要幾十萬年的時間，這意味著一些生命可能還能在海洋的深層堅持千年，特別是在有活躍的海底火山活動的地方。我們或許可以在深海中建造水下棲息地，作為人類的避難所。


另一個選擇是乾脆進入地下。平均來說，我們每下到地下一公裡，溫度就會增加25℃左右。即使地表溫度已經驟降到-200℃（當我們經過冥王星時），我們也只需要往下挖幾公裡，就能沐浴在來自地球核心的熱量中。


雖然我們可以利用的所有能源最終都是基於太陽輻射的，一旦我們離開太陽，這些能源終會慢慢耗盡，不過地球的核心是由放射性衰變提供熱量的，還能夠持續幾十億年的時間，應該足夠人類尋找到下一顆類似太陽的恆星。


所以，我們可能會制定這樣的方案，為人類的延續提供保障。


（1）首先，我們要發展到有足夠的能力在地殼中挖掘足夠大的區域來建立地下定居點。

（2）世界各國政府集中資源，在全球範圍內選出若干候選地。獲得現有的地熱能源或許是一個不錯的起點。

（3）在較淺的地方挖掘臨時 "營地"，同時為未來的移動進行提前挖掘。

（4）為每個未來的殖民地都準備生存所需的資源。在地下深處，一些挑戰將是氧氣和乾淨的水。如果有人造陽光和適當的準備，即使在地下也應該可以種植農作物。我們可能不得不告別吃肉，因為飼養動物作為食物是一種非常低效的資源利用，儘管我們可能會為了有動物而保留一些動物。


地底的空間畢竟是有限的，所以勢必會經歷某種選擇過程——以決定誰能下去生存。也許大多數人都會被留在地面上凍死，但一旦選拔完成，被選中的人就可以下到地底，開始新的地下生活。


這會成功嗎？很難說。我們必須挖得足夠深，而這本身就有危險。殖民地可能會因為地震活動而被摧毀。在這種大規模聚集的情況下，疾病的爆發可能會對整個群體造成致命的影響。食物或水供應的問題也可能會使群體滅亡。這還只是冰山一角，還有很多意想不到的危險可能會讓居住於地下的人類滅絕。


但只要有足夠的運氣、毅力和勤奮，其中一些人可能會成功，並經過幾代人的努力適應這種新的生活方式。也許他們甚至會茁壯成長，以至於可以派出巡邏隊回到地表，探索冰封的荒原，穿越冰層去拜訪其他地下殖民地。

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