50億年后，太陽(yáng)的燃料將耗盡，體積開(kāi)始膨脹，很可能會(huì)吞噬整個(gè)地球，更直接的威脅是全球變暖的大災(zāi)難，雖然50億年的時(shí)間將會(huì)是很久很久很久以后，但是我們現(xiàn)在不妨做個(gè)有趣的討論，讓我們假設(shè)為了應(yīng)對(duì)太陽(yáng)的死亡，將地球推到距離太陽(yáng)更遠(yuǎn)的軌道上或許是一個(gè)解決方案，而且在理論上是可能的，最終目標(biāo)是將地球移動(dòng)到比目前與太陽(yáng)距離遠(yuǎn)50%的軌道上，差不多是目前火星的軌道，那我們?cè)撛趺醋瞿?？這一方案在工程上有哪些挑戰(zhàn)呢？

 

　　多年來(lái)，我們一直在設(shè)計(jì)使小行星等小天體偏移軌道的技術(shù)，主要是為了保護(hù)地球免受撞擊，有些方法是基于沖擊性的，往往具有破壞性的作用，比如在小行星表面或附近引發(fā)核爆炸，或者采用“動(dòng)力撞擊器”，利用高速航天器與小行星相撞，這些方法具有很強(qiáng)的破壞性，顯然不適用于地球。

 

　　我們還可以用一些較為溫和的技術(shù)來(lái)推動(dòng)小行星，比如通過(guò)?？吭谛⌒行潜砻娴耐洗?，或者圍繞小行星盤旋的航天器進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的推動(dòng)（通過(guò)引力或其他方法），然而，這對(duì)地球來(lái)說(shuō)也是不可能的，因?yàn)榈厍虻馁|(zhì)量要比最大的小行星大得多。

 

　　電力推進(jìn)器

 

　　實(shí)際上，我們一直在推動(dòng)地球“偏移”軌道。每一次有探測(cè)器離開(kāi)地球前往另一顆行星時(shí)，都會(huì)向地球施加一個(gè)相反方向的沖量，類似于槍的后坐力，對(duì)我們來(lái)說(shuō)這很幸運(yùn)，因?yàn)檫@種影響非常小，對(duì)于移動(dòng)地球的目標(biāo)來(lái)說(shuō)，可以忽略不計(jì)。

 

　　SpaceX公司的獵鷹重型火箭是目前推力最強(qiáng)的運(yùn)載火箭，我們需要相當(dāng)于3萬(wàn)億億次滿負(fù)荷發(fā)射獵鷹重型火箭的推力才能實(shí)現(xiàn)地球到火星軌道的轉(zhuǎn)移。構(gòu)成所有這些火箭的材料相當(dāng)于85%的地球質(zhì)量，也就是說(shuō)，最后到達(dá)火星軌道的只剩下15%的地球。

 

　　電力推力器是一種更有效的加速物質(zhì)的方法，尤其是離子驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其工作原理是釋放出一股帶電粒子流，推動(dòng)飛船前進(jìn)，我們可以點(diǎn)燃一個(gè)電力推進(jìn)器，推動(dòng)地球離開(kāi)現(xiàn)在的軌道。

 

　　這個(gè)超大型推進(jìn)器應(yīng)該位于海平面以上1000公里處，在地球大氣層之外，但仍然用一根剛性梁牢牢地與地球相連，以傳遞推力，為了以每秒40公里的速度向正確的方向發(fā)射離子束，我們就需要將地球質(zhì)量的13%以離子形式發(fā)射，以推動(dòng)剩下87%的地球物質(zhì)。

 

　　用光航行

 

　　光攜帶動(dòng)量，但沒(méi)有質(zhì)量，因此我們也可以連續(xù)地為聚焦的光束（比如激光）提供能量，這些能量可以從太陽(yáng)收集，不會(huì)消耗地球的質(zhì)量，但是，即使使用“突破攝星計(jì)劃”設(shè)想的巨大的100GW激光器，也需要300億億年的持續(xù)使用才能實(shí)現(xiàn)軌道的改變，“突破攝星計(jì)劃”的目標(biāo)是推動(dòng)探測(cè)器飛出太陽(yáng)系，探索鄰近的恒星。

 

　　不過(guò)，光也可以通過(guò)安裝在地球附近的太陽(yáng)帆直接從太陽(yáng)反射到地球，這需要一個(gè)比地球直徑大19倍的反射盤，才能在10億年的時(shí)間尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)軌道變化。

 

　　星際彈力球

 

　　兩個(gè)環(huán)繞運(yùn)行的天體之間可以通過(guò)近距離飛掠交換動(dòng)量和改變速度，這種廣為人知的技術(shù)被稱為引力彈弓。這種操縱方式已被星際探測(cè)器廣泛使用，例如在2014至2016年訪問(wèn)67P彗星的羅塞塔號(hào)飛船，在其10年的彗星之旅中，曾在2005年和2007年兩次經(jīng)過(guò)地球附近。

 

　　地球的重力場(chǎng)給羅塞塔號(hào)帶來(lái)了巨大的加速度，而這種加速度僅靠推進(jìn)器是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，另一方面，地球也受到了一個(gè)相反的、大小相等的沖量——盡管由于地球的質(zhì)量，這個(gè)沖量沒(méi)有任何可測(cè)量的影響。

 

　　那么，如果我們能用比宇宙飛船大得多的東西來(lái)進(jìn)行引力彈弓呢？小行星顯然可以被地球重定向，雖然對(duì)地球軌道的相互影響很小，但這種作用可以重復(fù)無(wú)數(shù)次，最終實(shí)現(xiàn)可觀的地球軌道變化。

 

　　太陽(yáng)系的一些區(qū)域密集分布著小行星和彗星等小天體，其中許多小天體的質(zhì)量小到可以用現(xiàn)實(shí)可行的技術(shù)移動(dòng)，但仍然比從地球上實(shí)際發(fā)射的物體要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

 

　　精確的軌跡設(shè)計(jì)，可以利用所謂的“引力彈弓效應(yīng)”，將一個(gè)小天體甩離地球，從而為推動(dòng)地球提供更大的沖量，聽(tīng)起來(lái)似乎很令人興奮，但科學(xué)家估計(jì)，我們需要100萬(wàn)顆這樣的小行星近距離掠過(guò)地球，每次飛掠的間隔約幾千年，才能跟上太陽(yáng)的膨脹速度。

 

　　可能的結(jié)果

 

　　在所有可能的選項(xiàng)中，利用多顆小行星進(jìn)行引力彈弓似乎是目前最可行的方法，但在未來(lái)，如果我們學(xué)會(huì)建造巨大的太空光帆結(jié)構(gòu)或超強(qiáng)的激光陣列，就有可能利用光來(lái)推動(dòng)地球，這些技術(shù)也可以用于太空探索。

 

　　雖然推動(dòng)地球在理論上是可能的，或許有一天我們也能發(fā)展出可行的技術(shù)上，但實(shí)際上，把包括我們?cè)趦?nèi)的地球物種遷移到鄰近的火星上要容易得多，這顆紅色星球可能會(huì)在太陽(yáng)的毀滅中幸存下來(lái)。

 

　　人類已經(jīng)將探測(cè)器送到了火星表面，并且對(duì)其進(jìn)行了許多研究，考慮到推動(dòng)地球遠(yuǎn)離軌道的挑戰(zhàn)性，我們更合理的選擇應(yīng)該是殖民火星，使其適宜居住，并隨著時(shí)間的推移將地球人口遷移到那里。