南极|我们能用巨大的推进器改变地球的轨道吗？( 二 ) 温室气体|地球轨道|行星

3）浓缩的氦导致引力收缩，进而导致太阳内部升温；
4）内核的温度升高，导致“400万K及以上”区域扩大，占据更大的内部空间；
5）这导致太阳的核聚变速率逐渐增大，从而增加了太阳的总能量输出。
随着越来越多的太阳能量到达地球，地球上的防御和反馈机制便逐渐“力不从心” 。一旦全球平均气温上升到100摄氏度以上，所有海洋都将会蒸发。这一情景可能发生在10到20亿年后。无论从何种角度，这都将标志着地球上复杂生命不可避免的终结。
能量问题
尽管地球轨道在不同的时间尺度上经历着周期性的振荡变化，但也有一些非常小的长期变化会随着时间累积起来。地球轨道形状的变化与这些长期变化相比是很显著的，但后者是累积性的，因此也会对地球产生重要的影响。
如果不能阻止太阳升温，那么让地球远离太阳也许可以作为最终的解决方案。亮度和距离之间有一个简单而直接的关系：每当你与光源的距离增加一倍，你感受到的亮度就减少四分之一。以此推算，如果太阳的能量输出增加10% ，我们只需要将地球与太阳的距离增加4.9% ，就能保持接收到的能量不变。
由于目前太阳的能量输出每过10亿年就会增加10% ，因此这是一个长期的问题，但如果我们想让地球继续保持宜居，总有一天就必须解决这个问题。乍看之下，使地球轨道改变几个百分点似乎并不是一个特别艰难的任务。毕竟，地球绕太阳运行的轨道是椭圆的，离太阳最近的距离为1.471亿公里，最远的距离为1.521亿公里。这两个点接收到的辐射差约为6.5% ，意味着如果我们能够将地球当前的轨道替换为一个保持在远日点距离的轨道，就可以使地球在3亿多年的时间里不增加能量输入。
然而，这不仅是一项艰难的任务，甚至可以说是一项天文难度的任务。地球之所以在今天这样的轨道上绕太阳运行，就是因为在这些位置上，地球的动能（或者说绕太阳运行的能量）与当前距离上太阳的重力势能相平衡。如果我们设法使地球的动能减少，就会导致地球以更快的速度沉入更接近金星的轨道。同样地，如果我们想要上升到更接近火星的轨道，就需要给地球注入能量，使其净速度小于目前绕太阳运行的速度。
这个概念并不难，但所涉及的能量总额却异常惊人。例如，在未来20亿年里，我们必须将地球到太阳的平均距离从目前的1.496亿公里推到1.64亿公里，以保持从太阳输入到地球的能量不变。但请记住，地球有着令人难以置信的质量：约为6×10^24千克。要让地球进入一个更远离太阳的稳定轨道，我们必须向地球额外输入4.7×10^35焦耳的能量：这相当于人类连续20亿年为各种目的产生的累计能量的50万倍。
推进器的作用是什么？
由于角动量守恒，行星会在轨道上稳定地运行。然而，某种冲击或推动力可能会给地球带来我们所渴望的改变，使其最终迁移到更远离太阳的轨道上。
要向地球输入如此巨大的能量看起来似乎是很高的要求，但也是可能的。事实上，太阳本身就有足够的能量供我们收集。要知道，太阳是向四面八方发射辐射的，在目前的地日距离下，只要没有东西挡住太阳光，则每平方米区域都能接收到1500w的连续光能，即每秒1500焦耳的能量，而我们有20亿年的时间（约6×10^16秒）来完成以下工作：
1）收集太阳能；
2）将太阳能转换成推力；
3）利用这种推力来改变地球的动量和动能。
收集能量是这个问题中最困难的部分之一。有研究者提出了一个可能具有巨大前景的设想，那就是在太空中建立太阳能收集阵列。这可能需要一个规模惊人的阵列，总面积达到5×10^15平方米，大约相当于10个地球的表面积，才能收集到必要的太阳能。这种能量必须是可用的。更重要的是，从另一个角度来看，我们需要的太阳能“只占”太阳总能量的0.000002%：这样的能量规模仍然相当巨大，但并非不可能。
另一个关键是如何有效地利用这些能量提升地球的轨道。从物理学的角度，这个任务对引力场中的任何物体都是一样的：我们必须在一定时间内施加一个外力，产生一个能产生加速度的脉冲，从而改变物体的动量。将火箭发射到太空的物理原理同样适用于将地球发射到更高的轨道。我们所要做的就是施加一个推力，使地球的动量向正确的方向改变，最终推动地球离太阳更远。