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搭乘流浪行星,逃離太陽系

2024-08-01科學

大約50億年後,太陽將步入老年期,成為一顆紅巨星,它會不斷膨脹並向外擴張,直至吞噬並摧毀水星、金星、地球,可能還有火星。人類有辦法逃過這一災難嗎?

「天然飛船」真不少

顯然,在太陽的紅巨星階段,地球甚至整個太陽系都不再適宜人類居住,想奪得一線生機,最好的辦法是離開太陽系。可是,人類現有的宇宙交通工具實在是太小也太慢了:發射最早、旅途最遠的探測器「旅行者一號」花費了45年時間,至今仍沒能離開太陽系;在現階段,我們的探測器需要飛上5年才能到達木星;而且它們都很小,沒有載人功能。在逃命階段,這些航天器實在是幫不上忙。那麽,為什麽不考慮一下宇宙中的「天然飛船」——流浪行星呢?科學家們最近開始思考人類搭乘流浪行星逃命的可能性。

流浪行星指的是那些受到外力影響,被迫離開自己的母星系,在宇宙中漂流的可憐星球。它們沒有特定的目的地,也沒有固定的前進路線,在旅途中,它們會不斷受到外力影響,獲得加速的動力或減速的阻力,讓旅途持續下去。如果人類能搭乘上流浪行星,就不需要額外提供動力,只要「到站下車」就行。而且,目前已經發現的一些流浪行星的前進速度也比人類現有的航天器快得多,流浪行星確實是一款理想的星系旅行「通勤車」。

流浪行星還有一個適合作為「通勤車」的優勢,那就是它們在宇宙中的數量可不少。2021年,來自法國的天文學家在距離地球420光年的天蠍座區域發現了至少70顆流浪行星——這是迄今為止發現的最大的單個流浪行星群。為了觀測流浪行星,科研團隊分析了地面和太空望遠鏡收集到的大約20年的數據,透過測量天空中數千萬個光源的微小運動、顏色和亮度來辨識相應區域中亮度最微弱的物體,即流浪行星。

在論文中,研究團隊聲稱,這片行星群中流浪行星的數量在70到170顆之間。之所以無法得出準確數位,是因為通常情況下,流浪行星距離任何照亮它們的恒星都非常遙遠,無法成像觀測,而研究團隊巧妙地利用了流浪行星的形成時機,即在流浪行星形成後的幾百萬年裏,這些行星仍然足夠熱,可以發光,依據它們的亮光天文學家才得以發現它們。這提示我們,宇宙中流浪行星的數量很可能比我們原本預估的多得多。

流浪行星宜居嗎?

雖然流浪行星數量這麽多,想要搭乘也並不容易,因為如我們所知,流浪行星的前進速度很快,可能我們剛剛發現它,它就已經離開了我們的視線範圍。因此,我們必須安裝一些流浪行星探測器,在它們「到站」前發出預報。

智利的維拉·魯賓天文台也授權以實作這一功能,目前它還在建造中,預計於2023年完工。這個天文台每隔幾個晚上就會對整個可見的天空進行成像,並且會非常詳細地進行拍攝。維拉·魯賓天文台裝有有史以來最強大的數位相機,特別擅長檢測瞬變,那些在幾天中改變位置或亮度的東西在它眼中無所遁形,因此它很有可能發現任何闖入可見天空的「不速之客」,例如流浪行星。

發現了流浪行星,我們還必須想辦法搭乘上去,這件事情目前還處於設想階段。2019年,歐洲航天局釋出了一項彗星探測計劃,事先發射一個攔截器,它將前往距地球約150萬千米的日地重力平衡點——拉格朗日L2點,並停留在那裏等待觀測目標出現。當發現目標(可能是彗星或流浪行星)時,攔截器加速飛到目標身邊,並分離成3個模組,從不同視角觀測目標天體。第一個彗星攔截器預計於2028年發射。美國國家航空暨太空總署也有一項類似的計劃,科學家設想向木星發射宇宙飛船並讓其在附近軌域等待「不速之客」接近,等到「不速之客」足夠靠近時就飛到它附近收集樣本並將其帶回地球。如果這些計劃被證明可行,探測器甚至更大型的航天器登陸到流浪行星之上就不再是幻想。

不過,不是每顆流浪行星都適合「搭乘」,為了擁有更舒適的乘坐體驗,我們還要費些心思選擇合適的流浪行星。我們知道,流浪行星是沒有母星的,這就意味著它沒有充足的光和熱,同時也很可能沒有液態水和大氣層,而這些都是保障人類生存必不可少的東西。這就需要我們耐心尋找一顆很可能宜居的流浪行星。

木衛二歐羅巴被認為在其冰凍的冰殼下深藏著一個地下海洋,根據其與太陽的距離,這件事十分地不可思議。過去,科學家認為可能與其活躍的內核活動有關,現在他們提出了一個新的解釋:潮汐加熱。潮汐加熱是指衛星在繞著母星公轉時,星體的不同位置會受到不同大小和方向的重力(也被稱為潮汐力),潮汐力對天體造成了輕微的推拉效果,在這個過程中就會有熱量的產生,這些熱量甚至能將巖石熔化。

潮汐力對液體的影響最大,地球上的潮起潮落現象就是受到月球運動的影響而出現的。而木星具有95顆衛星,它們彼此之間受到的潮汐力比地球大得多,我們有理由相信這種龐大的力量能將星球地下的冰層融化成液態。這種現象提示我們,如果我們能找到一個具有眾多衛星或有一個巨大衛星的流浪行星(受到外力作用時,行星及其衛星可能會被一同丟擲恒星系),這顆流浪行星也許非常適宜人類生存。

「駕駛飛船」不容易

登上流浪行星不是最終目的,我們要「駕駛」流浪行星,尋找到最終的落腳點。可是,「開船」這件事可能不太容易。

在電影【流浪地球】中,創作者提到了一種驅動星球的方式:用離子推進器推動地球。離子推進器是現在航天領域中常常用到的一種推進器,透過向後噴射游離瓦斯從而獲得推進力。由於其噴射流非常小,只需要一點燃料就能持續工作很多年,所以它非常適合進行深空探測的飛行器使用。但是,正是因為噴射流小,離子推進器所能產生的推力非常小,現在人類造出來的推力最大的離子推進器當屬美國國家航空暨太空總署的「可變比沖磁電漿火箭」(VASIMR),它產生的推力能達到10牛以上,兩個雞蛋的重力約為1牛,10牛的推力有多大,可想而知。

在【流浪地球】電影中,為了增加這種「駕駛」方式的可行性,創作者將一個離子推進器的推力設定為150億噸,人們使用了10000台裝置,總共能產生150萬億噸左右的推力,也就是約為1.5×10^18牛。50億年後,人類的科技大大進步,也許真能造出這樣大推力的推進器,但與太陽對地球的束縛力(3.5×10^22噸,約為3.5×10^26牛)相比,這麽大的推力仍然顯得微不足道。而如果我們要推動一顆流浪行星,所需要的推動力想來也不枉多讓,雪上加霜的是,在逃往流浪行星的時候,我們還能帶上這麽多的推進器離開地球嗎?

好在,還有一個退而求其次的方法,我們不需要驅動流浪行星,反正它本來就會無休無止地運動下去,我們只需要在它前往不可控的地方之前讓它轉個彎,或者在到達目的地時讓它暫停一下,也能夠達到我們的目的。

讓星球轉向的方法近期有一個例項:2021年11月24日,美國國家航空暨太空總署發射了一個飛行器,經過約14個月的飛行,它將在2023年初與一顆被稱為迪迪莫斯B的小行星相撞,科學家想看看,這次撞擊對迪迪莫斯B會造成什麽影響。如果撞擊使迪迪莫斯B的前進速度、執行周期和執行軌跡發生了改變,就意味著人類掌握了讓小行星轉向的方法。透過這次撞擊,人們還可以知道,撞擊力度和撞擊角度等參數的改變,會如何影響撞擊結果,為未來可能實施的轉向行動積累經驗。

現階段,在搭乘流浪星球這件事上,人類最有把握的事情還僅限於了解其「到站時間」,究竟能不能搭乘、能不能駕駛流浪行星,現在還無法得出結論,但無論如何,這很可能是一個逃離太陽系的好方案,也許50億年後,流浪行星會成為一種流行的星際旅遊的交通工具呢。