逃离太阳系漫谈

冯梓洋

相信各位喜欢科幻的同学都看过“流浪地球”系列电影。它根据刘慈欣的同名小说改编，讲述了这样一个故事：科学家发现太阳正在急速老化并随时可能爆发氦闪，而一旦太阳爆发氦闪，上千度的高温将摧毁地球上的一切生命。面对绝境，人类开启了“流浪地球”计划，试图带着地球一起逃离太阳系，寻找人类和动植物的新家园。不知道看过电影的你有没有想过：人类离开太阳系是否能在未来实现？人类又是否真能带着地球一起去流浪？

在小说《流浪地球》中，全人类带着地球离开太阳系是因为太阳的氦闪会让包括地球在内的多颗太阳系行星陷入一片火海；在小说《三体》中，章北海驾驶自然选择号星际战舰逃离太阳系是为了延续人类文明；在电影《星际穿越》中，太空英雄们离开太阳系是为了给人类寻找适宜生存的新家园……众多科幻作品向我们展现了人类对未来危机的担忧。

实际上，我们还是很安全的。

如今的太阳有45.7亿岁，处于壮年期，状态较为稳定。在太阳引力的作用下，太阳使各个行星大致处于同一平面、同一公转方向，行星之间的干扰不多。我们的地球恰好处于宜居带内：地球与太阳之间的距离较为合适，既不会因为受太阳的辐射热量过高而大气逸散、海洋蒸发，又不会因为吸收太阳的能量过少而无法维持整个地球生态系统的正常运行，也是因此，地球成为太阳系唯一能够孕育生命的星球。

科学家们通过多台射电望远镜进行长期观测，绘制出了银河系的结构图，也就是射电巡天的“棒和悬臂结构计划”。如图所示，太阳正位于银河系的本地臂（猎户臂），靠近银河系的

边缘。这是一个非常安全的位置，而这样宜居的地方在整个银河系又能找到几个呢？目前人类还没找出第二个。

无法绕开的事实是，太阳的寿命是有限的，五六十亿年后它终将消失。到那时候，太阳系中的所有星体，包括地球，终将进入膨胀的红巨星——太阳的怀抱，所以人类要想继续生存，离开太阳系是早晚的事。

1977年9月5日，由美国NASA发射的旅行者1号开启了它的星际漫游之旅。它经过一个个太阳系行星，最后永远地离开了太阳系，成为人类历史上距离地球最远的人造卫星。有的同学肯定会想：由此可见，人类离飞出太阳系已经不远了。但其实人类距离这一目标还远着呢！为什么这样说呢？

按照现有航天器的最快速度，到达0.002光年外的太阳系边界仅仅需要8年左右，但是人类离开太阳系以后，飞向距离地球最近的可能宜居的4.2光年外的比邻星b也还需要2万年的时间，更别提人类目前发现的距离人类16光年之外的宜居行星格利泽832c了。就目前的科学技术水平而言，载人离开太阳系到下一个宜居点是无法实现的。

你是不是想到了宇宙旅途中解决生存问题的方法——科幻大片中经常出现的冬眠模式？《流浪地球》中的领航员号国际空间站的冬眠舱，以及《三体》中的冬眠技术都在故事中发挥着关键作用。其实在现实生活中，冬眠技术已经在研究中了。2019年11月18日，欧洲航天局就曾提出载人冬眠火星计划，并设计出了休眠舱，也许在未来还真有可能实现呢。当然，在漫长的旅途中，为了实现长时间的太空航行以及人类的生存、繁衍，我们必须在航天器中建造一个人工生态系統。然而这谈何容易？生物圈二号的失败教训告诉我们，在地球上一个狭小的封闭空间里实现环境资源与人的完全协调目前还是不现实的，生物种类关系和人均资源比例很难把控，更何况是在宇宙飞船里。

除了生存环境，还有一个难点就在于速度。在电影《流浪地球》中，人类用了2500年到达比邻星（距离我们约4.2光年），考虑到加速和减速的过程，地球最快的速度要达到光速的0.5%，即每秒1500千米，以人类现有的科技水平，还远远达不到。我们要解决哪些问题才能尽可能地接近光速呢？其关键在于飞行器的推进方式。

一个近光速的飞船不可能简单使用化学燃料推进，要在短时间内达到光速，燃料得满足占用空间小、释放能量非常高且可控的条件，目前来说，最理想的方式莫过于核聚变。20世纪70年代，英国星际学会曾提出过代达罗斯计划，即考虑使用核聚变火箭在50年内登上巴纳德星。巴纳德星是一颗质量非常小的红矮星，位于蛇夫座β星附近，距离地球约6光年。这个计划别说在当时，就是现在看都算得上是天方夜谭了。与此同时，美国也提出了以原子弹爆炸作为动力的猎户座计划，宣称能借助原子弹的威力将飞行器加速到光速的10%。这些过于理想的计划最终都以失败告终。不过，随着2020年国际热核聚变实验堆计划的开始（也就是所谓的人造太阳），核聚变飞船也许将不再是一个神话。另外，像反物质、太阳帆、离子推进这些加速方式则更加先进，不过需要人类跨越的科技鸿沟也更多。

另外，由于涉及漫长宇宙航行的能源消耗问题，人类必须提前准备好收集大量的能量。不论是人工生态系统，还是发动机的核燃料，都需要充足的能量供应。

在“流浪地球”系列电影中，人类通过燃烧地球上的“石头”为行星发动机提供燃料，从科学的角度看，烧石头这种方式是合理的。有的同学可能会问：为什么《流浪地球》不借助氢元素的同位素氘和氚作为重核聚变燃料来推动地球呢，这样效率不是会更高吗？我们先分析地球元素的组成，虽然地球含有的氢元素总数比较多，但大部分是以水的形式存在，游离态的氢元素非常少，而氢的同位素氘和氚的含量更是微乎其微；地球上的石头多含有镁、钙、硅等成分，硅元素更是占整个地壳的26%。我们的地球不缺石头，所以利用石头转变为铁的重核反应能产生更多的能量，其原理和太阳内部所谓的“氦闪”（核聚变中的一种重核反应）是一样的。从科学原理来说，《流浪地球》里以石头为能量来源这一设定是成立的，但是目前没有实现条件。

严格意义上来说，电影中的这个“重核聚变”用词是不严谨的。一般核子数大于150的被称为重核，而石头的主要成分为硅，其核子数约为28，所以，《流浪地球》里的烧石头如果可行的话，应当被称为中等核聚变——核子数大于25、小于150的被称为中等核。

不过，与以石头为能量来源相比，获取足够能量的最佳方式还是利用太阳能，也就是所谓的“戴森球”。这个理想模型由美国物理学家弗里曼·戴森于1960年提出。戴森球是由环绕太阳的卫星群构成的一种球体，其实质是一个利用恒星作为动力源的天然核聚变反应堆。戴森认为，地球这样的行星本身蕴藏的能源是非常有限的，根本不足以支撑人类文明发展到高级阶段；而在一个恒星-行星系统中，绝大部分能源，即来自恒星的辐射都被浪费掉了，当人类有能力将太阳用一个巨大的球状结构包围起来，使得太阳的大部分辐射能量被截获、利用时，才算发展到更高级的文明——二级文明。当然，要建造一个戴森球比推动一个地球还要艰难许多倍，毕竟它的直径就有两亿千米！对于已进入二级文明的人类来说，只需一个迷你版的戴森球片段就足以离开太阳系了。

如果人类在未来真的有能力推动地球离开太阳系，那《流浪地球》中的方式一定不是最佳方案。在小说《流浪地球》中，关于人类该使用飞船还是推动地球离开，頗有争议，因此产生了“飞船派”和“地球派”两大阵营。从现实角度来看，“飞船派”的主张更加现实。而“地球派”主张的通过推动地球离开太阳系无疑是自杀行为，因为这种方式要求人类必须让地球停止自转，但一旦地球停止自转，一系列灾难就会接踵而至——地球因失去磁场而失去大气层，还会发生地震、海啸等。

在离开太阳系后，人类将要完成繁多的改造行星的任务，一切都要从头开始。因为不论是在系外宜居行星生活还是实施流浪地球计划，自然环境多少都会存在缺陷，即使有一点儿“水土不服”，都会给我们造成严重的不良后果。为了实现对系外行星或者流浪地球的改造，我们应该先从一些能创造生存环境的微生物着手，毕竟地球上一切适宜生命存在的环境都是由前寒武纪的微生物创造的。

通过微生物进行行星改造的构想最早可追溯到20世纪。英国科幻作家W.奥拉夫·斯塔普雷顿在他的小说《最后与最初的人》中描述了在金星制造氧气的过程。美国科幻作家卡尔·萨根也曾提出类似的构想，通过低等藻类来制造氧气，使金星适宜人类居住。

当然，即使利用微生物可以完成大部分环境的改造，小部分恶劣环境还需要用其他方式，比如为了解决大气层过薄的问题，就得研究提供磁场或诱导行星产生磁场的装置。NASA就曾经提过在火星的L1拉格朗日点放磁偶极子来提供磁场，进而帮助火星捕获大气的构想。关于温度过高的问题，我们得培育出耐高温的植物来打破温室效应——这种方式同样适用于对金星的改造。逃离了太阳系，人类会努力创造出我们曾拥有的一切。我相信，人类会创造出一个“新地球”，并终将再次看见天边出现霞光，鲜花挂满枝头……