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太阳没了,地球也能苟住?

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原作:Gabriel Harry

翻译:刘明睿

校译:黄诗欣

编排:刘斯媛

后台:朱宸宇

https://phys.org/news/2026-08-earth-habitable-sun-dies.html

我们的太阳终有一天会迎来生命的终点——当然,是在十亿年后。那时,这颗垂死的恒星将膨胀成可怕的红巨星,无情地摧残它的孩子——我们赖以生存的地球,海洋被蒸发,大气被撕裂,直至这颗曾经美丽的蓝色行星被整个吞噬。整个太阳系将失去最后一丝光与热,惟余一颗苍白暗淡的白矮星,为这个小小恒星系过去的辉煌作悼。那之后的又一百万亿年,银河系中的最后一颗恒星也将熄灭,一度璀璨的宇宙岛从此步入永恒死寂的黑暗。这便是我们无可忤逆的命运吗?并非如此!在太阳熄灭后,人类依旧留有存续的希望。近日一位英国研究者的论文指出,只要做足恰当准备,甚至无需离开地球,我们仍能在永夜的尽头点亮文明的火光。


放置在第一拉格朗日点的巨大遮阳罩的想象图,这个遮阳罩能够完全遮蔽住红巨星太阳。人造阳光将从第四拉格朗日点的中继站照射地月系统。图源:Gabriel Harry

后太阳时代

那么,该怎么做?最关键的一步,也是后续一切的前提,便是从红巨星太阳狂暴的光热辐射中生存下来。办法可能远比你想象的简单:把太阳遮住,仅此而已。人类可以建造一个巨型“遮阳罩”,放置在地球与太阳之间,从物理上隔绝威胁。当然这意味着这张罩子的尺寸将无比庞大,如果置在第一拉格朗日点L1(地月引力平衡点,距地球约150万公里),它将遮蔽天空平面上70度,高达3.5万亿平方公里的巨大区域——相当于27000倍地球截面积,也就是1.5个太阳并排放在一起!

为了遮住太阳,得造一个比太阳本身还大的遮阳罩,这未免太过黑色幽默。万幸的是,我们可以把罩子放得离地球近一点,从而减小表面积。将遮阳罩放置在靠近地球、月球轨道外的某个位置,并通过一根长缆绳连接到在L1的一个重物,便能让罩子保持相对地球静止,同时将表面积减少一个数量级,到约0.39万亿平方公里。为了建造这些巨型装置,我们需要挖空矮行星谷神星 40% 的质量来制造 200 万公里长的碳缆绳,以及月球的0.01% 来制造半径 35 万公里的铝制遮阳罩。

现在我们能挺过最初的滔天烈焰了。但这之后,在一个失去了光热的寒冷星系里,人类要如何维持文明的运转?尽管放心,太阳系内的气态巨星们可以提供备用能源。巨量的氢和氦深埋在它们内部,被气压紧密地压缩,为核聚变提供了理想的环境。我们可以将一个反应堆悬浮于木星大气下6500公里,吸收周围的氦-4和氢,通过聚变产生能量;将这些能量传输到木星的第一拉格朗日点,再利用长距离激光,通过数个中继站,最终照射到地球表面。如果将所有气态巨星都用以聚变,地球将能再度沐浴在光芒之下长达910万万亿年。

另一方面,为了不被膨胀的红巨星太阳吞噬,地球还得搬个家。最简单的方法,是让一颗小行星反复掠过地球飞行。每次飞掠都会产生微小的引力弹弓效应,成千上万次的近距离接触后,这将累积成足以改变地球轨道的可观影响,使其逐渐远离红巨星。然而,让一颗大型小行星飞掠地球的风险不容小觑。稍有不慎,人类便有可能步恐龙的后尘。另一种方法是从木星开采氧气,用以向地球发射质量相当于亚马逊河流量一半的氧粒子束。让这束粒子近距离飞掠地球能更安全地产生类似的引力弹弓效应。作为大气的固有成分,即使粒子束不慎直射地球,氧粒子也不会对环境造成危害,而且它会扩散到非常广阔的区域,以至于其撞击大气层时的动能仅相当于一场雷暴。


左图:从木星大气中开采氧气,并将其发射至地球轨道,由位于地球L2点的空间站捕获后再次发射,使其近距离掠过地球。引力弹弓效应将逐步提升地球轨道速度,安全地增大日地距离,从而使地球免于被红巨星太阳吞噬。

右图:太阳膨胀为红巨星后,由悬浮于木星大气中的聚变反应堆产生能量,并将其传输至地球表面,以替代被巨型遮阳罩阻挡的阳光。

图源:Gabriel Harry

这一时期,地球的板块构造活动也将逐渐停止,这意味着造山运动与生物圈的营养物质循环都将消失。为了维持这一循环,我们可以制造反物质,将其储存在容器中,接着在地壳上炸开一个洞,将容器包裹于熔融的铁水中倒入。这团铁水将用两周时间沉降至地核,届时容器能量耗尽,反物质将与铁发生湮灭,向地球内部释放热量。每天生产并下沉2公斤反物质即可维持地球的板块构造——若以10%的能量效率计算,我们只需相当于目前印度全国太阳能电池板的总产能。

这样一来,地球在太阳发生灾变后也能保障短期的生存。但还不能掉以轻心:在更漫长的时间尺度上,我们还需警惕星系级别的碰撞——银河系中的大型天体可能会向太阳系逼近。在45亿年后仙女座星系与银河系合并期间,这样的风险会尤为突出。利用位于木星第一拉格朗日点的粒子发射装置,可以向太阳北极或南极的正上方或正下方发射一束氢气流。引力弹弓效应将逐渐推动整个太阳系,使其避开任何潜在的碰撞。

为什么我们要留在太阳系?

这听起来确实是个面面俱到的方案。但一个关键的问题是:为什么未来的人类文明不选择移居其他星系,而是留在太阳系内建造这些防护设施呢?

1.让人类在太空中长期存活以及进行星际旅行都极其困难——而这些防护设施则不需要这些。

2.这些防护设施所需的能量比星际移民少一千到一百万倍。

3.移民新行星需要提前将对目的地进行地球化改造的设备送往目的地,这在数百年内都不会产生经济效益。相反,这些防护设施可以复用太空采矿基础设施,并能立即带来经济效益。

4.向整个银河系扩张存在一种隐患:殖民地最终可能发展成与地球人类大相径庭的独立文明。经过足够长的时间,它们将无异于外星人——而这些外星人知道我们在哪里,也知道我们的星球有多么珍贵。相反,留在一个星系内并建造防护设施,能确保社会安全地团结在一起。

通过建造并维护这些防护设施,在长达910万万亿年的时间里,地球上的生命将享有舒适的地质环境、安全、四季、昼夜与繁星之夜——直到100万亿年后,最后一颗恒星熄灭,夜空陷入黑暗。然而,在第二天清晨,太阳将照常升起——在剩余的900万万亿年人造阳光中,地球文明的征程还会继续下去。

责任编辑:DAIKIN

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号:astronomycn


图片名称 螺旋星云中的奇特彗星状云结

图片来源:NASA

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