基于大刘的小说改编的中国科幻电影里程碑《流浪地球》作为一个热点已经过去很久了。我一直想写一篇关于这部电影的文章，却迟迟提不起笔来。最主要的原因是我一直以为大刘作为一个杰出的科幻小说作家，人文的东西多于技术的东西。当然，小说小说主要也是靠其人文的关怀来吸引读者，打动读者。如果真的全是技术、参数和公式，那叫学术论文，而不再是人们茶余饭后消遣的读物。因此为了避免卷入不必要的“粉”战，保住生命，我决定还是暂时搁置这个题目直到今天。
地球——人类的故乡，就像摇篮一样安逸而舒适；但是人不能一辈子生活在摇篮里
中国电影史上具有划时代意义的科幻“巨”片《流浪地球》今年年初在古老的神州大地掀起了前所未有的科幻浪潮。对于习惯于谈古论今每每以五千年历史文化自喜的国人而言，这是一种进步，也是一种希望。在电影中，人类试图用巨大的推进器改变地球的轨道，以逃避不断扩大的太阳，并防止与木星的碰撞。这篇文章不谈这个电影的情节是否合理，制作是否精美，场面是否宏大。我只想就技术角度谈一谈人类整体改变地球轨道的可能性。
《流浪地球》描述的情况是可能的。在70亿年后，我们的太阳将耗尽燃料步入晚年。就像人们常说的“欲使其灭亡，必先使其疯狂”，太阳在变成它的最终归宿——一颗白矮星之前，首先会变成一颗红巨星。顾名思义，这意味着太阳会急剧膨胀，最终“吞没”地球。也许有人说那么久远的事情，现在去考虑那是杞人忧天。那考虑一下当前的全球变暖大灾难，如果能将地球移动到一个离太阳更远一点的轨道，是不是一种解决方案呢？理论上它是可能的。但我们怎么能解决这个问题呢？工程挑战是什么？ 为了论证，让我们假设我们的目标是将地球目前的轨道半径扩大50％，移动到差不多火星轨道。
可以看到即使变成红巨星的太阳没有吞噬地球，地球也会因为离太阳太近而不适合生存
我们多年来一直在设计将小型星体，比如：小行星，从轨道上移走的技术，主要是为了保护我们的星球免受撞击。一些技术是基于外部冲击的，通常会有破坏性，如：在小行星表面或附近的核爆炸；使用“动能撞击器”，例如航天器高速撞击小行星。由于它们具有破坏性，这些手段显然不适用于地球。
其他技术包括长时间非常温和，连续的推动，由降落到小行星表面上的航天器或在其附近盘旋的航天器进行。前者就像是《流浪地球》里的方案，在星球各地安装推进器。但是对于地球来说至少现在的技术是不可行的，因为即使是与最大的小行星相比，地球的质量也要大的多得多。
《流浪地球》里的巨型推进器不知道使用什么燃料，应该会把地球掏空的
电推进器实际上我们正在将地球从现有轨道上推开。每当有探测器离开地球飞向另一个行星时，它就会在相反方向对地球施加一个小的冲量，类似于枪的后座。对我们来说幸运的是这种效果非常非常小，对我们的生活没有影响。但不幸的是，对于移动地球来说，这个冲量远小于杯水车薪。
当今世界上最强大的运载火箭是SpaceX的重型Falcon火箭。为了实现将地球推到火星的轨道，我们需要满载发射300亿次。构成所有这些火箭的材料将相当于地球总质量的85％，只留下15％的地球在火星轨道上。
重型Falcon火箭发射
电推进器是一种更有效的加速质量的方法，特别是离子推进器，它通过发射一股带电粒子来推动航天器前进。我们可以安置一台电推进器让它朝着地球公转方向的反向发射带电粒子束。
这个超大的推进器应该在海平面以上1000公里，位于地球大气层之外，但仍然用刚性梁牢固地附着在地球上，以传递推力。如果离子束朝正确的方向以每秒40公里的速度发射，我们仍然需要将地球质量的13％转化为电离子喷射出去来移动剩余的87％部分。
乘光而行由于光携带能量，但没有质量，我们也可以通过持续的发射聚焦光束（例如激光）来推动地球。而发射光束所需要的能量可以从太阳收集，从而不会消耗地球质量。即使是使用旨在推动太空系统探测太阳系外恒星的突破计划射星项目（见注释）所设想的巨大的100GW激光发生器，仍需要三百亿亿年的连续发射才能将地球推送到火星轨道。而那个时候，地球早就被太阳吞噬了。
作者注：突破（Breakthrough）计划射星（Starshot）项目是一个旨在利用一个基于地面的激光投射器来推动超轻型纳米材料飞行器——连接到太空帆的微型空间探测器，通过对太空帆的持续激光照射，使飞行器的最终速度高达每小时1.8亿公里（差不多是光速的五分之一）。这样的系统将允许飞行器在发射后不到30年就到达离太阳最近的恒星半人马座阿尔法星，传送最近发现的行星Proxima B和可能位于该恒星系统中任何其他行星的原始图像，以及收集其他科学数据比如磁场信息。该项目由物理学家斯蒂芬·霍金斯（Stephen Hawkings）发起，已经筹款一亿美元。微型太空飞行器就是一个1公分见方的微型芯片。
艺术家笔下的太空帆，实际上帆的尺寸要比太空船大的多得多
除此之外，也可以直接利用太阳光。例如，使用驻扎在地球旁边的巨型太阳反射镜，将太阳光直接反射到地球。研究人员已经证明，这需要一个比地球直径大19倍的反射盘才能在10亿年的时间尺度内实现地球到火星的轨道变化。
太阳系“斯诺克”两个轨道运动*换动量并改变其速度的一种众所周知的技术是使用近距离通过或重力弹弓。 这种类型的机动已经被行星际探测器广泛使用。 例如，在2014年至2016年期间访问了彗星67P的罗塞塔（Rosetta）太空船，在其前往彗星的十年旅程中在2005年，2007年和2009年三次在地球附近通过。
每次通过，地球的重力场都给罗塞塔飞船带来了巨大的加速度，而这是仅靠使用推进器完全无法实现的。同时，地球得到了一个相反和平等的冲量，尽管由于地球的质量，它没有任何可测量的影响。
罗塞塔飞船的飞行路径，除了地球，它还利用了火星和两颗小行星实现重力加减速
但是，如果我们能够使用比宇宙飞船更大的东西来对地球执行弹弓呢？小行星当然可以被地球重定向，虽然对地球轨道的相互影响很小，但这个动作可以重复多次，最终实现相当大的地球轨道变化。
太阳系的一些区域充满这密集的小型天体，如小行星和彗星。其中许多天体的质量足够小到可以用现有技术来移动，但仍然比任何可以从地球发射的物体的质量大几个数量级。从而可以对地球轨道造成微小但绝非绝无可察的影响。
通过精确的轨迹设计，可以利用所谓的“Δv杠杆”，即一个小天体被从其轨道上移开并在近地空间快速掠过，对我们的星球产生一个较“大”的影响。这似乎令人兴奋，但据估计，我们需要一百万个这样的小行星近距离掠过，每次间隔几千年，以跟上太阳的扩张。
总结在所有可用的选项中，使用多个小行星弹弓似乎是目前最容易实现的。但是在未来，如果我们学会如何构建巨大的空间结构或超大型的激光阵列，那么利用光能可能会成为关键。这些技术也可以用于太空探索。
虽然改变地球运行轨道在理论上是可能的，并且有朝一日在技术上变得同样可行，但实际上容易实现的是将我们物种转移到火星和木星、土星的一些卫星上。它们可能在太阳的膨胀中幸存下来，甚至成为新的宜居带。
相比转移地球轨道，火星殖民和气候改造更靠谱一点
考虑到移动地球是多么具有挑战性，在其他星球定居，让它们适合居住，并随着时间的推移逐渐迁移地球的人口，听起来要容易许多。
