精華 太陽越來越熱，怎么樣防止地球被烤熟

作為一個物種，我們對我們的家園地球相當喜愛(盡管我們肆意的碳排放除外)。但不幸的事實是，地球注定要毀滅?？傆幸惶欤枌⑦M入一個階段，使地球表面上的生命變得不可能，最終將這顆行星降為一塊悲傷、孤獨的鐵鎳塊。

好消息是，假如我們真的全力以赴——不用擔心，我們將有數億年的時間來計劃——我們可以保持我們的家園宜居，甚至在我們的太陽變得失控之后的很長時間內。

驚魂的一天

太陽正慢慢但無情地變得更明亮、更熱、更大。數十億年前，當分子集合體首次開始共舞并稱呼自己為生命時，太陽比今天暗淡約20％。甚至恐龍也知道一個更弱、更小的恒星。雖然太陽只完成了其主要氫燃燒階段的一半，在其開始死亡掙扎之前還有40多億年，但使得我們這個小世界上的生命成為可能的溫度和亮度的奇特組合將在幾億年內被侵蝕。就天文學而言，這是一瞬間。

太陽通過其存在的基本物理學種下了自己滅亡的種子。在這個特定時刻，我們的恒星正在以每秒大約6億噸的速度消耗氫，將這些原子在達到攝氏2700萬度的核烈焰中相撞。這600百萬噸中的400萬噸轉化為能量——足以照亮整個太陽系。

然而，這種核聚變反應并不完全干凈。核燃燒產生的副產品是氦——核燃燒產生的核廢物。氦無處可去，因為深層對流循環不會觸及到氦形成的核心。因此，氦就坐在那里，惰性的、無生命的、無用的——堵塞著這臺機器。

在當前的年齡，太陽的核心溫度和壓力不足以使氦發生聚變。因此，氦妨礙了其他可以聚變的氫的核心總質量增加。幸運的是，太陽很容易彌補這一點，這種補償來自于一個稱為靜力平衡的物理學內容。

太陽處于不斷平衡的狀態，生活在一個核刀刃的邊緣上。一邊是核聚變過程釋放的能量，假如不加控制，可能會威脅到爆炸——或者至少，膨脹——太陽。對抗這一點的是恒星本身的巨大重力，以1,027噸的氫和氦所能集中的所有力量向內壓迫。假如這種力量無人檢查，太陽自身的引力將把我們的恒星壓縮成一個比中型城市還小的黑洞。

那么，當一股不可阻擋的力量遇到一個不可抗拒的壓力時會發生什么？優雅的平衡——和一個可以活上數十億年的星球。假如由于某種原因，核烈焰突然升溫，那將會使恒星的其他部分升溫，并使其外層膨脹，減輕了重力壓力，并減緩了核反應的速度。假如太陽突然收縮，更多的物質將迫使自己進入核心，在那里它將參與熱烈的核舞蹈，所釋放的能量將共同使恒星重新膨脹到正常大小。

但是，氦灰渣的存在，即核垃圾，通過置換否則會熔化的氫破壞了這種平衡。太陽不得不向內拉扯——重力是不妥協且冷漠的。當它這樣做時，它迫使核心的核反應增加猛烈，提高其溫度，這反過來又迫使太陽表面膨脹和變亮。

慢慢地、慢慢地、慢慢地，當氦繼續在太陽(或任何其他質量相似的恒星)的核心中積聚時，它會擴張和變亮以應對。很難準確預測這種變亮何時會對我們的行星造成災難——這取決于輻射、大氣和海洋之間復雜的相互作用。但一般估計我們還有大約5億年的時間生命才會變得幾乎不可能。

變暖的太陽將提高地球的表面溫度。隨著溫度升高，海洋將蒸發。由于水蒸氣是一種優秀的溫室氣體，大氣中水蒸氣的增加將導致更高的表面溫度。更高的溫度將迫使海洋蒸發更多，引發一個快速循環，很快將地球豐富的地表水都漂浮在我們的大氣中。

沒有水來潤滑地殼活動，我們的板塊將停滯不前。沒有地殼活動來從大氣中吸收碳，我們的空氣將變得濃濁。在一億年內，我們將變成金星的孿生體，金星在數十億年前經歷了類似的命運——兩個在它們自己的恒星父母手中死去的世界。
地球調整

“適居帶”是圍繞恒星的區域，其中的溫度可以——至少原則上可以——支持行星表面的液態水存在。接近恒星，溫度太高，除非發生任何奇特的大氣扭曲，否則水將被迫成為水蒸氣形式。在范圍之外，溫度太低了。

然而，隨著太陽的年齡增長，它的亮度增加將使適居區向太陽系的更遠處移動。

假如我們希望地球在未來的時代生存下來，我們必須移動它。

移動整個行星并不是一件容易的事，你可以想象。但幸運的是，這一次，我們在天文時間尺度上的平衡是站在我們這邊的。我們不必今天就移動地球；我們有數億年的時間來計劃我們的轉移。為了達到這個目的，我們可以利用一直讓行星圍繞太陽軌道運行的同一堅定力量：重力。

我們的第一個任務是找到一種能源。提高地球軌道將需要巨大的能量，物理學在這里既清潔又殘酷：能源必須來自某處。幸運的是，我們可以利用木星。因為它比地球大318倍，所以它在天上的簡單運動為它提供了巨大的動能。它肯定不會介意我們借用一些。

從木星到地球的能量傳遞將需要一些軌道花招。為了幫助可視化我們將要做的事情，想象一下站在一條鐵軌上的一個滾動平臺上，一輛火車向你駛來。你無法離開軌道(因為那樣這個比喻就不好玩了)，所以你生存的唯一機會就是至少要比火車快。當然，假如你讓火車撞到你，你就會與它的速度相匹配，但可能不是你希望的方式。

相反，你伸手從口袋里拿出一顆可靠的彈力球。讓我們假設(再次，為了讓這個比喻起作用)，這是一顆完美且堅不可摧的彈力球。你把彈力球投向迎面而來的火車。它彈開了。你抓住它并開始向前滾動，只是一點點。通過簡單的動量守恒，你會發現自己能夠從火車那里偷取一些能量，給自己和你的滾動平臺?；疖噹缀醪粫⒁獾健吘故且惠v火車——但你肯定會。假如你能快速地做足夠多的前后移動，你會發現自己平穩地沿著軌道移動，避免災難。

回到我們與木星和地球的情況，這個比喻之所以有效是因為我們當然希望避免木星撞擊我們的行星。但它在于星際彈力球并不是一個選擇。所以，我們必須求助于小行星。我們可以將它們送上環繞木星的長軌道，利用它們與木星的引力相互作用，加速小行星的運動，以換取巨大行星運動的輕微減速。然后我們可以將小行星返回地球，以相反方向環繞地球，減速并為我們提供推動力。

一次通過的差異幾乎無法測量，更不用說注意到了。這并不是說隨機漂浮的太空巖石可以帶來多少動能。但我們只需要將其設置為重復，數億年來一次次循環，輕輕推動地球以逃避日益激烈的太陽。假如我們的后代能夠做到這一點，它將使我們的星球保持在適居區的安全范圍內。

恒星調整

假如重新排列行星不是你的菜，但你仍然有能力完成大型工程項目，我有另一個解決方案供你選擇。

太陽的主要問題在于氦是供我們的恒星提供動力的核聚變過程的自然副產品。氫聚變的速率由太陽的整體質量確定；較大的恒星燃燒得更快，較小的恒星燃燒得更慢。因此，假如我們想限制氦產生的數量，我們需要減慢聚變反應的速度。最直接的方案是降低太陽的整體質量。

值得慶幸的是，太陽已經在為我們做這件事，只是速度不夠快。太陽表面不斷發射著一個永無止境的微小帶電粒子流，形成我們所稱的太陽風。以原始人類尺度來衡量，太陽通過太陽風失去的質量令人難以置信，大約每秒1-2百萬噸。所有這些憤怒加起來每1.5億年就相當于一個地球質量。

我們需要將其提高一些。

其中一種方案是簡單地通過激光、粒子束、強磁場或我們的后代選擇的任何機制使太陽表面升溫。加熱表面將增加太陽風產生量，從而增加太陽質量流失的速率。但是，高能粒子從太陽噴射出去通常對保持地球適居性是不利的，所以下一個挑戰是將這些粒子導向一個安全的地方。

一種方案是在太陽赤道軌道上創建一系列粒子加速器站。它們將不斷地交換帶電粒子，形成一個環，作為太陽的帶。該電流環將產生一個環形(或者對于更古老的物理學家來說更合適的，一個環形)磁場，將太陽風導向極點流出，沿著太陽自轉的軸線安全地遠離任何行星。

該環形磁場還可以用于擠壓恒星，這種方案被稱為“喘氣技術”。首先關閉站點，讓它們向太陽內部落下。然后將它們打開，使磁場停止然后逆轉它們的下降。靠近的磁場會擠壓在太陽的赤道上，迫使粒子從極點噴射出來。

假如我們的后代真的很勤勞，他們可以捕獲逃逸的太陽風并將其用于其他目的，比如用于驅動整個企業的聚變反應器系統。假如他們真的很有創造力，他們可以將太陽風流動定向到一個方向，利用它們作為太陽動力火箭，推動我們整個太陽系到銀河系內的新位置，甚至離開銀河系。

當然，“奪星術”技術使太陽變得不那么明亮；隨著質量的減少，聚變反應以更安靜的速度運行，這降低了我們的恒星的強度和大小。這將適度向內轉移適居區。一開始我們不會注意到，因為我們的行動將抵消適居區向外移動的自然趨勢。但最終，在太陽失去10到20％以上的質量后(數學上的計算有些不精確，因為這取決于這個吸管過程需要多長時間)，我們將被迫將地球遷移到內部以保持最佳狀態。

但我們將留下一個更小的恒星，更小的恒星將過著幸福的漫長生活。最小的紅矮星，其質量幾乎不到太陽質量的十分之一，可以燃燒數萬億年。但它們也傾向于脾氣暴躁。由于它們較小的質量，它們更容易發生憤怒的星暴，這可能導致它們的亮度間歇性加倍。假如我們遙遠的后代決定走這條修改太陽以增加其壽命的道路，他們肯定會為保護脆弱的地球而努力。

但無論怎么樣，假如人類要生存數十億年，我們可能會成為一個行星間，假如不是星際間的物種。在這種情況下，就沒有太多的需要以這種方式拯救地球。也許我們遙遠的后代仍然會著手計劃一個計劃，以維護賦予他們生命的世界。也許這是出于必要，因為沒有其他世界會像地球這樣適合生命。也許這將是一個藝術項目，一個在星際尺度上創造美和奇跡的機會，然后在太陽核心內的燃燒熄滅，并且它呼出最后一口氣時，這個故事的最后一章包含了這個太陽系數十億年的生命的結束。

本文譯自 Ars Technica，由 BALI 編輯發布。

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