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人类现有科技能否彻底毁灭地球?

2017-02-15 Mandelbrot 三体社区


注意

这里说的是毁灭地球,而不是简单的摧毁地球表面的人类:

这里的毁灭至少要把地球炸成两半

以人类现有科技,有一种方法可以彻底地毁灭地球,只是过程比较漫长一点。

这个方法的名字叫:

重力弹弓

重力弹弓:也叫重力助推,就是利用行星的引力改变飞行器的轨道和速度。重力助推既可用于加速飞行器,也能用于降低飞行器速度。

▲图片来自:

这是一个简化的重力弹弓模型。当飞行器以速度v向右运动接近行星,而行星以速度U向左运动。飞行器在行星引力作用下,绕行行星半周,从左方脱离行星。以行星为参照物,飞行器进入时速度为v+U,离开时速度仍然为v+U,但是方向改变了。从外界观察者的角度来看,飞行器进入速度为v,离开时速度为2U+v,速度增加了2U。

重力弹弓同样可以用来给飞行器减速。具体做法这里就不讨论了。

详情可以参考:重力助推_(百度百科)

在飞行器利用重力弹弓加速和减速的过程中,能量是守恒的。飞行器加速时获得的动能来自行星,减速时失去的动能同样传给了行星。

那么,我们就可以利用这一点来达到毁灭地球的目的。


具体方法是:

  1. 在一颗小行星上面安装火箭助推装置,改变其轨道,让它飞向地球。

  2. 小行星在地球附近通过重力助推加速,使得地球的一部分动能传给小行星。

  3. 小行星飞向其他行星,如火星或木星,通过重力助推减速,把动能送出去。

  4. 回到第2步。


如此循环往复,我们就可以减少地球的能量,让它的轨道降低,逐步接近太阳。我们不用把地球推到太阳里面去,只需要把它推到金星轨道,让它们相撞就可以了。金星和地球质量很接近,两者的碰撞应该可以达到彻底毁灭的目标了

要是实在不行,把地球丢进太阳也是可以考虑的。

▲图片来自:

下面我们来大致估算一下,需要多长时间。

为了便于计算,我们需要做一些简化。

  1. 行星运行轨道都是椭圆形的,我们把它近似为圆形。

  2. 假设我们捕获了一颗半径10公里的铁质小行星,按球体计算(这么小的天体当然不会是球体),它的质量是:

  3. 在理想情况下,小行星每次可以加速2倍于地球的公转速度。然而,在地球逐渐失去能量的过程中,公转速度是变化的。在当前的轨道上,地球公转速度是30 km/s。而当它落到金星轨道时,速度变为35 km/s。这个增加的速度并不奇怪,这个增加的动能来自于地球减小的势能。我们可以近似的认为,每次小行星获得的加速度为32 km/s。

  4. 假设小行星每次以相对于太阳20 km/s的速度接近地球,这样它相对于地球速度为10 km/s,还有足够的速度从远地轨道上脱离。它离开地球时,速度为80 km/s。

这样小行星每次经过地球时,地球会给它的能量是:

地球降落到金星轨道,能量差包括动能和势能的变化。

动能变化:

势能变化:

地球失去能量总和为: 

所以需要做重力弹弓次数为:

结论

我们只需要做1100多万次就可以达到彻底毁灭地球的目的了。

当然这只是理想情况。如果这一方案得以实施,还有很多因素要考虑。

  • 由于进入和离开的角度很难达到完美,每次获得的能量不会这么大。

  • 行星不会每次都等在理想的位置等着我们的小行星,每一次接近地球和木星都需要精确计算。

  • 在以上场景中,小行星这是在接近大行星是才能改变方向。事实上,在两个大行星的中途,也可能需要改变方向以获得接近大行星的机会。因此小行星本身需要携带燃料。我们可以在小行星接近地球的时候用火箭给它补充燃料,同时在每次变轨是寻求最优方案以节省燃料。这点燃料和我们从地球获得动能比较,无疑是微不足道的。所以这种方法比直接在地球上装火箭要经济的多。

  • 两次做重力弹弓的时间可能比较长,因为需要等待大行星(用于释放掉从地球获得的能量)运行到合适的位置。由于我们有多颗邻近的行星可以选择,估计1年时间至少可以往返1次以上。

考虑到以上问题,估计1千万年时间差不多可以达到毁灭地球的目标了。

可能在未来随着科技水平的提供,这一进程可以大大加快。

比如,如果我们能够驱动一颗半径为100公里的小行星,进展就能加快1000倍。

1千万年对人类来说是难以想象的漫长,但是对于地球和太阳的生命来说,却是十分短暂的。

相信通过无数代邪恶科学家的不懈努力,毁灭地球的宏伟目标肯定会实现的。

网友星宇凌辰提出把动能传给金星,升高金星轨道是一个加快毁灭进程的好主意。估计时间还能缩短一半,我就不再计算了。

------------------后记-------------------

可能很多人,对于我这个大胆的想法有很多反对意见,

我在这里对大家可能的问题和反对意见做一个答复。

①:没有这么多小行星可以用。

我在文中重复了多次:

只需要一颗小行星,在地球和其他大行星之间来回传递能量。

②:小行星从地球不能获得这么高的速度

请自己去看关于引力弹弓的资料。我在回答中描述的是最理想的情况,并且也提到了实际操作中效果不会这么好。至于说小行星不能达到地球的逃逸速度会掉到地球上去,离它远一点就行了。地球大气层可以延伸到太空数千公里的高度, 但是对于航天器来说,一般把海拔100公里的卡门线作为大气层和太空的分界线。高于这一点,大气层对航天器的阻碍作用就微乎其微了。

③:小行星速度太快会飞出太阳系。

在地球位置,太阳的逃逸速度(第三宇宙速度)是42.1公里/秒,切不可以为是12.3。小行星经过地球后的速度确实超过了这一速度,如果没有阻拦,它肯定会离开太阳系。然而,我们的计划是让它飞向一颗大行星,减速以失去能量。我在回答中也提到,大行星不会在那里等着,所以可能需要精确计算轨道,使用自带的能量进行变轨,甚至在接近地球以前就需要开始设定轨道。

④: 大行星没有能力降低小行星的速度。

我在文中这种分析小行星在地球附近做引力弹弓的过程,对它在另一边怎么失去能量没有详细分析,现在补充一点。木星质量很大,它的逃逸速度是60公里/秒。至于小行星接近它的时候的相对速度情况比较复杂,能否达到一次理想的引力弹弓我也没法计算。不过还有另外一个办法,可以从木星的大气层上部略过,再加上一些减速伞之类的装置,减速应该不难。切入大气层的角度需要计算以避免失速太大,掉进木星。

⑤: 到了金星轨道就能相撞吗?

行星的公转轨道是椭圆,当我们认为地球和金星在同一轨道时,其实轨道很难重合,但是存在距离很近的交叉点。实际上,在地球真正进入金星轨道之前,引力就会把它们拉倒一起去的。

⑥: 其他的办法。

这种办法的主要好处是使用较少的燃料。我们做的事情实际上是把地球的动能传递到别的行星。需要使用的燃料用于在中途变轨。

网友提出了一些别的方法,如把用核武器炸掉地球,用火箭推动地球等,问题都在于我们没有足够的能源。现在地球上所有的核武器加起来也只是一颗10公里小行星撞击的万分之一,远远达不到白垩纪灭绝恐龙的效果。把地球上所有的重水都用掉也远不够把地球推到金星轨道。

(本文来自知乎作者:Mandelbrot,三体社区经授权发布)

(配图来自网络,版权归原作者所有,如有侵权,请及时联系)




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