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1、“漂泊地球”项目布景

太阳从诞生到红巨星的周期约100亿年,正常情况下,太阳当时正处于青壮年(46亿年,图1)。可是,最近几年的太阳观测数据显现,太阳正在急剧老化,依据观测数据,太阳将会在400年内发作氦闪。

图1 太阳的生命周期

一旦太阳氦闪发作,太阳将会急剧胀大,温度也将急剧升高。地球在被太阳吞没之前,彻底高温烧结消融,人类将灭绝。

“漂泊地球”方案在地球上装置行星发动机,推进地球脱离太阳系,前往方针星系比邻星从头生计(具体内容见联合政府的“漂泊地球”项目陈述)。“漂泊地球”方案将会尽可能的保存更多的人类文明。

2、“漂泊地球”技能可行性剖析

“漂泊地球”方案分五个阶段:使地球中止自转的刹车阶段,开动发动机使地球脱离太阳系的逃逸阶段,加快飞向比邻星的漂泊加快阶段,半途康复自转的漂泊减速阶段,切入比邻星轨迹的新太阳阶段。

2.1刹车阶段技能可行性剖析

为了推进地球脱离太阳系,前往比邻星,推力是要害。可是,地球的自转使得推力无法有用的坚持一个方向。而在地球南北南北极树立行星发动机尽管能够不必“刹车”中止自转,但地球现有的公转速度无法使用,需求更多的能量才干笔直太阳系平面逃出太阳系,如图2。因而,给地球刹车是“漂泊地球”方案必不可少的一个阶段。

图2 太阳系行星轨迹

地球近似为一球形,且饶轴旋转。为了用最小的力使得地球中止旋转,需在赤道上树立行星发动机,如图3所示。

图3 赤道平面行星发动机推力示意图

已知当时地球自转角速度为ω=7.292e-5rad/s,设地球中止自转的进程为匀加快的进程,其角加快度不变。依据定轴转动微分方程:Jα=M。其间,J为地球转动惯量8.0365e37kmm2,α为地球的角加快度,M为行星发动机供给的力矩。

设单个行星发动机供给的推力为F,则M=nFR。其间,n为赤道行星发动机个数,R为赤道半径6378.2km。为了赶快使得地球刹车,缩短地球逃逸时刻,α需尽可能的大。依据现有技能,单个中型行星发动机推力F为1亿吨(9.8e12N),赤道散布个数n为3000个。由此,角加快度α=2.3e-18,则ω/α=1005年。(注:与小说的42年相差甚远)

因为太阳在400年内发作氦闪,因而,需求大规模的监造行星发动机,取刹车阶段时刻42年(α=5.5e-14),则需在赤道建造行星发动机约7071.5万个。

若选用最新技能,单个超大型 行星发动机推力可达2.3e17N,则赤道散布3000座,可在42年内完结地球刹车。

2.2 逃逸阶段可行性剖析

为了充分使用地球当时的公转速度和太阳引力形成的加快运动,逃逸阶段地球需不断的改变轨迹,地球绕日轨迹会越拉越长,经过屡次使用太阳加快后,使得地球速度到达逃逸速度42.2km/s。

依据现有技能和才能,总共约能建造10000座行星发动机,其间3000坐落赤道,7000坐落推力面。总推力为150e19N,即150万亿吨。已知地球总质量5.965e24kg,发动机全开的情况下,使地球沿切向有2.5e-4m/s2的加快度。当时地球公转速度29.783km/s,若疏忽椭圆轨迹和其他星球的影响,地球将以螺旋形轨迹的方式,约3.8个地球年后到达逃逸速度。

因为地球轨迹不是正圆,经过数值核算,地球需饶太阳6-7圈后方可到达逃逸速度,然后脱离太阳系。

2.3 漂泊加快阶段可行性剖析

依据方案,加快阶段需求加快到光速的千分之一,即3e5m/s。地球脱离太阳系的逃逸速度为4.22e4m/s,在150万亿吨的推力下,加快为2.5e-4m/s2,那么在32.7个地球年后,即可完成光速的千分之一。

2.4 漂泊减速阶段可行性剖析

与2.3同,略。

2.5 新太阳阶段可行性剖析

与2.1,2.2 同,略。

3“漂泊地球”方案灾害性评价及应对办法

五个阶段中,逃逸阶段和新太阳阶段是最风险的两个阶段。

3.1 刹车阶段

地球自转速度越来越慢,可是地球自身的角速度并不快,所以对地球表面物体而言,简直感觉不断自转引起的离心力的改变。

刹车的角加快度也较为缓慢,在42年内才彻底中止自转。中止自转后,地球一面将永久对着太阳,另一面则是永夜。

因而,相对而言,刹车阶段对地球的灾害性影响有限。

3.2 逃逸阶段

为了防止逃逸阶段地球与月球相撞,月球需提早使用行星发动机推力出地球轨迹。一旦失掉月球,地球上的海洋将会从头散布。失掉了潮汐力,海洋将简直均匀的掩盖在地球上。由此,会引发大洪水,乃至海啸。此刻,会丢失一半的人类。

跟着地球的远离,温度下降,海水成冰。又跟着地球接近太阳,冰雪消融。因为温度不均,冰将会呈现很多龟裂。此外,在逃逸进程中,地球会穿越小行星带,形成小行星掉落。地表已不合适人类生计。

为了节约燃料,使用行星引力取得速度,挑选木星作为地球的加油站。在这个进程中,因为木星应力,可能会形成行星发动机额定的受力,乃至会停机。

因而,需很多搬运人类,并尽可能加固行星发动机结构。

3.3 漂泊加快阶段

没有了太阳的捆绑,地球能够马力全开,全速前进。可是因为技能约束,推力有限,加快度并不大,需求32.7个地球年才到达光速的千分之一。这样的加快度人类彻底能够接受。

3.4 漂泊减速阶段

漂泊减速阶段会康复自转,可是因为没有太阳,地球表面依旧是冰。因而这个阶段对地球和人类都没有灾害性发作。

3.5 新太阳阶段

新太阳阶段需求切入比邻星行星轨迹,一起因为温度上升,冰开端消融。失掉了月球的引力,消融后的海洋不再具有很明细的涨退潮。