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改变地球的轨道，或许可以缓解如今的气候变化危机。对于这一点是否可行以及如何操作，科学家们展开了一系列的讨论和分析。
撰文 | 马蒂·本德尔（Maddie Bender）
翻译 | 赵剑琳
在2021年6月的一次美国国会听证会上，得克萨斯州的众议员路易·戈默特（Louie Gohmert）向美国林业局（U.S. Forest Service）的一位官员发问，想知道林业局或美国土地管理局（Bureau of Land Management）是否可以通过改变月球或地球的轨道，来扭转人类引发的气候变化造成的影响。这个疯狂的主意真的可行吗？
首先，我们必须对现状进行评估。地球围绕着太阳运行，和太阳的平均距离为1.496亿千米，它能吸收到足够的阳光，将平均表面温度维持在15℃左右。然而在过去的一个世纪里，地球的温度比历史正常水平高了1℃以上。换言之，地球正处于“低烧”状态。当前公认的预测结果显示，如果不加以控制，地球的“发热”可能会变得更加严重：去年10月，联合国环境规划署的《2022年排放差距报告》显示，目前的政策表明，到本世纪末，气温将上升2.8°C。这样的升温将使一些目前人口密集的地区变得不适合居住，并威胁到人类文明的可持续性。
美国伯洛伊特学院的行星天文学家布里特·沙林豪森（Britt Scharringhausen）说，辐射平衡，即地球吸收的太阳辐射和发射的能量之间的平衡，是我们了解地球温度变化的关键。她在实验记录本上草草写下了一个方程，它可以确定行星的辐射平衡，而辐射平衡决定了行星的温度。
绿色高亮处为布里特·沙林豪森写下的行星辐射平衡方程（图片来源：Britt Scharringhausen）
方程里的Teq代表地球的温度，T⊙是太阳的温度，R⊙是太阳的半径，X是日地距离，A是地球的反照率（albedo）。反照率表示地球反射太阳能的程度，反照率为0表示完全吸收太阳能，1表示完全反射。气候变化和反照率之间存在联系。例如，冰和雪的反照率很高，可以将90%的阳光反射回太空；而人类活动造成的变暖导致雪和冰盖融化，会使地球的反照率下降。这会反过来导致地球的平均温度升高。
这个方程的一些变量是自然变化的。例如，太阳正在非常缓慢地膨胀和变亮。理论天体物理学家兼科学作家伊桑·西格尔（Ethan Siegel）告诉我们，太阳的光度增加1%要花上亿年，但根据预测，由于人类文明不断地排放温室气体，在未来1000年甚至几百年内，地球吸收的太阳能就会增加1%。
为了让地球降温，我们需要减小方程右边的某个变量。我们没办法轻易地降低太阳的温度或减小其半径；而显著减少会阻碍热量散发和改变反照率的温室气体的排放量，也不在本次考虑范围内。所以不妨让我们采纳戈默特的建议，仅仅增加X，也就是地球到太阳的距离。我们所要做的就是找到一种方法，将5.972×10^21吨重的地球推离太阳。听起来很简单，不是吗？
根据沙林豪森的计算，为了抵消当前和不久的未来人类活动造成的变暖，气温需要降低3℃，为此我们得把地球推到日地距离比现在远300万千米的位置。经过另一番粗略的计算，沙林豪森发现这需要5×10^31焦的能量。这些数字给戈默特的计划设下了严峻的挑战，因为全球每年的发电量约为10^20焦，这是移动地球所需能量的0.000 000 000 2%。这还是假设我们能以100%的效率将所有的能量输送给地球的情况，但根据热力学定律，这在物理上是不可能的。
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撇开这些细节不谈，我们还没有明确这些能量该以什么样的形式作用于地球。有一种选项是利用核能。沙林豪森说，曾有科学家提出在小行星附近引爆核弹来移动小行星的方案。“这种方法实际上会使小行星的一部分蒸发，逃逸的岩石蒸气会像火箭喷出的气体一样，推动小行星前进。”她解释道。
原则上来说，只需要按比例放大，就能通过这种机制产生足够的动力来改变行星的轨道。尽管如此，美国芝加哥阿德勒天文馆的天文学主任格扎·久克（Geza Gyuk）告诉我们，要将地球移动到所需的位置，需要的核爆炸是我们迄今为止发射的核弹数量的10亿倍，这相当于在500年内不间断地每秒投下一枚核弹。这种不断地在地球表面附近引爆核弹，以使其部分汽化、产生助推气体的策略，也有严重的缺点。就我们的目的而言，最显著的弊端是爆炸本身会使地球升温，这与扭转全球变暖的既定目标背道而驰。
一个比较温和的选项是从飞掠地球的天体（比如小行星或彗星）中吸取能量。这种技巧经常被反过来使用，并且相当成功——航天器可以近距离地飞过一颗行星，窃取其部分轨道能，用于自身的加速。西格尔说，要移动我们的地球，这种方法的问题在于规模：小行星带的总质量仅为地球的0.05%~0.06%；就算利用整个小行星带，也只能将地球推离不到748 000千米，即目标距离的四分之一。而只要有一颗小行星偏离轨道、撞向地球，类似于恐龙灭绝的末日场景就会重现。
幸运的是，我们的“后院”就有一块大得多的太空岩石：月球。我们能否“切断”连接月球和地球的引力线，从而将地球弹射到一个更远的轨道上？西格尔表示，我们今天尚无法做到这一点，而且这样做的后果将是灾难性的：除了潮汐大大减少以外，地球的夜晚会更黑暗、白天会更短暂，同时其自转轴会变得不稳定，导致季节变化更加极端、难以预测。
假如我们不是完全抛弃我们的天然卫星，而只是改变它的轨道会怎么样？英国格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院的火箭科学家马泰奥·切里奥蒂（Matteo Ceriotti）说，从长期看，月球轨道半径增加10%就将影响地球自身的公转轨道。
切里奥蒂表示，我们可以想办法移除月球上的物质。使用100千兆瓦（相当于全美国的风力发电总装机容量）的激光，要经过300万亿年才能从月球表面移走足够质量的物质。前面提过的核能也是一种选项——我们可以用它来移动月球，而不是地球。另一个比较简单的方法是使用传统的火箭，人工运走月球上的物质。
本文作者 马蒂·本德尔现为美国科学促进会大众传媒项目组成员，为《科学美国人》撰稿。她拥有耶鲁大学公共卫生学院微生物疾病流行病学的硕士学位。
文章节选自《环球科学》杂志危机专刊。
原文链接：
https://www.scientificamerican.com/article/a-modest-proposal-lets-change-earths-orbit/
