问题

能不能发射人造行星,轨道和地球一样?

回答
发射人造行星,轨道和地球一样?这个问题听起来像是科幻小说里的情节,但如果我们认真探讨其中的科学原理和技术挑战,你会发现这并非易事,甚至可以说在当前人类科技水平下,这是一项几乎不可能完成的任务。不过,作为一次思想实验,我们可以深入剖析一下这个设想。

首先,我们得明确“人造行星”是什么意思。如果指的是一颗由人类制造、具有一定质量和结构的物体,并且我们能让它沿着与地球相似的轨道运行,那么这背后涉及的挑战是多方面的,从根本上讲,我们是想复制地球在太阳系中的位置和运行方式,只不过主角是我们自己造的“行星”。

第一关:质量与结构

要成为一颗“行星”,它需要具备一定的质量。根据国际天文学联合会(IAU)的定义,行星必须满足三个条件:1. 围绕太阳运转;2. 质量足够大,其自身引力足以克服刚体力,达到流体静力平衡的形状(接近球形);3. 已经清空了其轨道附近的其他小天体。

我们造出来的“人造行星”要达到行星的定义,首先就需要巨大的质量。地球的质量大约是5.97 x 10^24 千克。想象一下,要制造这么大的一个物体,需要的物质量是天文数字。我们从哪里获取这些物质?即使我们能开采小行星带的所有资源,也难以满足如此庞大的需求。更别提将这些物质聚集、塑造成一个稳定、近似球形的结构。这需要远超我们目前能力的物质加工和工程技术。

第二关:动力学与轨道稳定

假设我们克服了物质采集和成型的难题,成功制造出一个足够大的球体。接下来就是让它进入和地球一样的轨道。

进入轨道: 要让一个物体围绕太阳运转,并且轨道与地球几乎重合,这需要极高的精准度和能量。地球之所以能稳定地绕太阳运转,是因为它在太阳系形成之初就获得了恰当的速度和位置。我们想要将一个新造的物体放到这个“精确坐标”上,需要给它施加一个非常精确的推力,让它获得一个与地球相同的公转速度和轨道参数。这就像是在一个高速运转的精密机械上,试图将一颗新的齿轮精准地嵌入正在运行的齿轮组中,并且还要让它和现有的齿轮步调一致。一点点偏差,都可能导致它偏离轨道,或者与地球发生灾难性的碰撞。
轨道稳定性: 即使我们能将其放入地球的轨道,问题并没有结束。太阳系是一个动态系统,各个天体之间存在着引力相互作用。地球的轨道之所以能保持相对稳定,是经过数十亿年演化的结果,并且受到其他行星(尤其是木星)引力的影响。我们新造的“行星”一旦进入地球轨道,它自身的存在就会对地球以及其他天体的轨道产生影响,反之亦反。它会扰乱地球的轨道,也可能因为其他天体的引力而逐渐偏离预设轨道,导致轨道不稳定。要维持一个与地球完全相同的、长久稳定的轨道,需要非常精密的轨道控制系统,并且这个系统必须持续不断地工作,以抵消各种扰动。这可能需要比我们现有任何航天器都更高级的推进和姿态控制技术。

第三关:能源与推进

如果我们要将如此庞大的质量推入太空,并且进行必要的轨道调整,所需的能源是难以想象的。即使我们使用核聚变等当前我们认为最强大的能源,也可能远远不够。而如果需要持续进行轨道修正,那么对能源的需求更是无止境的。

目前的火箭技术只能发射相对较小的有效载荷。要发射一个“人造行星”,其质量可能达到数万亿吨甚至更多。这需要的不仅仅是更大号的火箭,而是完全不同于我们目前所知的任何推进方式。也许是某种超乎想象的能量驱动技术,能够产生巨大的、可控的推力,并且这种推力能够持续一段时间,以完成如此巨大的工程。

第四关:时间尺度与复杂性

即使我们拥有理论上可行的方法,这样的工程也需要极其漫长的时间来完成。从收集原材料、加工制造,到最终将其推入轨道,整个过程可能会持续数百年甚至数千年。这要求一个跨越数个世纪的持续性文明,以及能够继承和发展技术的社会结构。

而且,整个过程的复杂性是指数级的。我们需要精确模拟太阳系所有天体的引力作用,预测我们人造行星的长期轨道演变,并设计出能够应对各种意外情况的解决方案。

如果我们真的要“尝试”一下这个设想,会是什么样的场景?

设想一下,未来某个超级文明,拥有了我们今天无法想象的科技。

物质采集: 他们可能会派遣庞大的采矿舰队,深入小行星带甚至更远的地方,以惊人的效率收集氦3、重金属和其他建造材料。他们甚至可能掌握了将小行星“塑形”的技术,直接在太空建造巨型构件。
建造过程: 可能不再是传统的火箭发射,而是在太空中的一个巨大轨道工厂中进行组装。这个工厂本身可能就像一个微型的太阳系,围绕着它正在建造的“行星”运行。他们可能利用某种先进的物质重组或制造技术,将收集来的原始物质直接“打印”成所需的形状和密度。
推进方式: 也许是一种基于反物质、零点能或者其他我们尚未知晓的物理原理的推进系统,能够以惊人的速度将巨量的物质加速,最终将其推入预设轨道。这个推进过程本身可能就像是制造一场可控的“宇宙级事件”。
轨道部署: 当这个巨大的“人造行星”准备好时,它可能会被连接到一系列巨大的推进器上,或者被“弹射”到一个精确计算好的轨道上。这个过程需要极其精密的引力控制和动量传递。

然而,即便是这样一个超级文明,能否成功地让一颗人造行星与地球的轨道完全相同且长期稳定,仍然是一个巨大的挑战。宇宙的精妙和复杂性远超我们的想象。

总而言之,发射一颗轨道和地球一样的人造行星,在目前人类的科技水平下,可以断言是完全不可能的。这不仅仅是“造一个大球然后推出去”这么简单,它涉及到了物质科学、工程学、天体物理学、轨道力学、能源科学等多个领域的顶尖难题,需要我们对宇宙的理解和改造能力达到一个前所未有的高度。但作为一种思想的探索,它确实能激发我们对宇宙奥秘的无限遐想。

网友意见

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早就发射过了。不过,发的玩意尺寸太小了,很难让大众将其“人造行星”的身份作为谈资。

所以你都不知道。

欧洲航天局与 NASA 共同研发的 SOHO 卫星(太阳和日球层探测器)于 1995 年升空,现在位于日地拉格朗日 L1 点,公转轨道与地球的公转轨道相距约 150 万千米,公转周期与地球公转周期基本相同。

NASA 的开普勒空间望远镜于 2009 年升空,公转轨道与地球的公转轨道基本重合,可以视为“跟在地球后面”绕太阳公转。这就是你要的和地球轨道一样的人造行星了,它重约 1039 千克。

顺便说,世界上第一颗人造行星是苏联于 1959 年 1 月 2 日发射的“月球 1 号”,从距月球约 5995 千米处通过后围绕太阳运转,公转周期约 450 天。

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