地球如何流浪，才能逃出太阳系（提前逃离地球）

1、“流浪地球”项目背景

太阳从诞生到红巨星的周期约100亿年，正常情况下，太阳当前正处于青壮年（46亿年，图1）。但是，最近几年的太阳观测数据显示，太阳正在急剧老化，根据观测数据，太阳将会在400年内发生氦闪。

图1 太阳的生命周期

一旦太阳氦闪发生，太阳将会急剧膨胀，温度也将急剧升高。地球在被太阳吞没之前，彻底高温烧结融化，人类将灭绝。

“流浪地球”计划在地球上安装行星发动机，推动地球脱离太阳系，前往目标星系比邻星重新生存（详细内容见联合政府的“流浪地球”项目报告）。“流浪地球”计划将会尽可能的保存更多的人类文明。

2、“流浪地球”技术可行性分析

“流浪地球”计划分五个阶段：使地球停止自转的刹车阶段，开动发动机使地球脱离太阳系的逃逸阶段，加速飞向比邻星的流浪加速阶段，中途恢复自转的流浪减速阶段，切入比邻星轨道的新太阳阶段。

2.1刹车阶段技术可行性分析

为了推动地球脱离太阳系，前往比邻星，推力是关键。然而，地球的自转使得推力无法有效的保持一个方向。而在地球南北两极建立行星发动机虽然可以不用“刹车”停止自转，但地球现有的公转速度无法利用，需要更多的能量才能垂直太阳系平面逃出太阳系，如图2。因此，给地球刹车是“流浪地球”计划必不可少的一个阶段。

图2 太阳系行星轨道

地球近似为一球形，且饶轴旋转。为了用最小的力使得地球停止旋转，需在赤道上建立行星发动机，如图3所示。

图3 赤道平面行星发动机推力示意图

已知当前地球自转角速度为ω=7.292e-5rad/s，设地球停止自转的过程为匀加速的过程，其角加速度不变。根据定轴转动微分方程：Jα=M。其中，J为地球转动惯量8.0365e37kmm2，α为地球的角加速度，M为行星发动机提供的力矩。

设单个行星发动机提供的推力为F，则M=nFR。其中，n为赤道行星发动机个数，R为赤道半径6378.2km。为了尽快使得地球刹车，缩短地球逃逸时间，α需尽可能的大。基于现有技术，单个中型行星发动机推力F为1亿吨（9.8e12N），赤道分布个数n为3000个。由此，角加速度α=2.3e-18，则ω/α=1005年。(注：与小说的42年相差甚远)

由于太阳在400年内发生氦闪，因此，需要大规模的监造行星发动机，取刹车阶段时间42年（α=5.5e-14），则需在赤道建设行星发动机约7071.5万个。

若采用最新技术，单个超大型行星发动机推力可达2.3e17N，则赤道分布3000座，可在42年内完成地球刹车。

2.2 逃逸阶段可行性分析

为了充分利用地球当前的公转速度和太阳引力造成的加速运动，逃逸阶段地球需不断的变动轨道，地球绕日轨道会越拉越长，经过多次利用太阳加速后，使得地球速度达到逃逸速度42.2km/s。

根据现有技术和能力，总共约能建设10000座行星发动机，其中3000位于赤道，7000位于推力面。总推力为150e19N，即150万亿吨。已知地球总质量5.965e24kg，发动机全开的情况下，使地球沿切向有2.5e-4m/s2的加速度。当前地球公转速度29.783km/s，若忽略椭圆轨道和其他星球的影响，地球将以螺旋形轨道的形式，约3.8个地球年后达到逃逸速度。

由于地球轨道不是正圆，通过数值计算，地球需饶太阳6-7圈后方可达到逃逸速度，从而脱离太阳系。

2.3 流浪加速阶段可行性分析

根据计划，加速阶段需要加速到光速的千分之一，即3e5m/s。地球脱离太阳系的逃逸速度为4.22e4m/s，在150万亿吨的推力下，加速为2.5e-4m/s2，那么在32.7个地球年后，即可实现光速的千分之一。

2.4 流浪减速阶段可行性分析

与2.3同，略。

2.5 新太阳阶段可行性分析

与2.1，2.2 同，略。

3“流浪地球”计划灾害性评估及应对措施

五个阶段中，逃逸阶段和新太阳阶段是最危险的两个阶段。

3.1 刹车阶段

地球自转速度越来越慢，但是地球本身的角速度并不快，所以对地球表面物体而言，几乎感觉不断自转引起的离心力的变化。

刹车的角加速度也较为缓慢，在42年内才完全停止自转。停止自转后，地球一面将永远对着太阳，另一面则是永夜。