第273章 地球化改造(三)

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保羅·伯奇曾計算過,這種降溫過程僅需數百年。我們還可以在行星最低溫與最高溫區域之間建造冷卻塔,加速降溫。比如漂浮城市可以等待地表大氣溫度降低後,建造太空噴泉托起建築,同時將熱量更快地排出金星。

在為行星降溫的同時,我們可以從大氣中提取氮,引入水或氫來製造水。數百年後,用覆蓋層蓋住凍結的乾冰海洋,再移除部分太陽盾,讓溫度回升至地球標準。

為金星創造與地球相同的自轉周期是另一個難題,我們稍後會再探討。

首先,我們簡單聊聊大氣不足的星球,比如火星和月球。我之前提到過,人們常常錯誤地認為這些星球因體積太小而無法留住大氣。這一觀點有一定道理,但並非人們所想的那樣。

任何氣體在特定溫度下,都有對應的分子平均運動速度,這個速度被稱為方均根速率。屏幕上的公式可以計算該速率,表格展示了地球標準溫度下,各種常見氣體的方均根速率。

請注意,溫度單位為開爾文,速度與溫度的平方根成正比。也就是說,若想讓速度翻倍,溫度需要變為原來的4倍。人類生存的溫度約為300開爾文,4倍即為1200開爾文,比金星和水星的溫度還要高。即便速度翻倍,大多數氣體的運動速度仍低於月球的逃逸速度(僅為地球的五分之一多)。

當然,並非所有粒子的運動速度都相同,部分粒子速度會更快,遵循玻爾茲曼分布曲線,這種逃逸方式被稱為**熱逃逸**。在任何時刻,都有極小部分氣體(約百萬分之一)的運動速度是正常速度的4倍。這意味著,地球每年會因熱逃逸損失約10萬噸氣體,幾乎全部是氫和氦。

行星溫度越低(如火星),氣體逃逸量越少;逃逸速度越低(如火星),氣體逃逸量越多。儘管10萬噸每年聽起來數量龐大,但地球大氣質量是這個數字的500億倍。即便火星、月球這類星球,通過熱逃逸損失大氣也需要地質時間尺度。

但這並非大氣逃逸的唯一方式,我們已知另外兩種:氣體被岩石吸收(封存作用),或是被核爆、彗星和小行星撞擊吹散。

還有一種更主要的逃逸方式:氣體粒子被輻射撞擊,直接脫離大氣。想像一顆氦原子在行星上層大氣遊蕩,被伽馬射線、X射線等高能光子擊中,會瞬間吸收光子的全部動量。

如果這顆氦原子位於行星的晨昏線,且行星正遠離太陽自轉,它會額外獲得行星自轉的動量——就像我們從西向東發射火箭,藉助地球自轉進入軌道一樣。

如果氦原子本身正向該方向運動,同時獲得行星自轉和光子的動量,其總能量與動量足以讓它飛入太空。這種方式造成的大氣逃逸量,遠大於熱逃逸。

這也是我們常說磁場對行星宜居性至關重要的原因:不僅是未被大氣和磁場過濾的太陽輻射對生命有害,還因為沒有磁場阻擋高能粒子,更多粒子會被撞離大氣;磁場還能將氫、氮、氧等帶電粒子偏轉回大氣。

其中還有更多細節,比如金星幾乎沒有磁場,溫度遠高於地球,卻擁有稠密大氣。

無論如何,任何逃逸速度達到數千米每秒的行星、衛星,隻要能屏蔽高能粒子和輻射,就能在人類時間尺度內長期留住大氣。屏蔽磁場的方式有很多,我們後續也會講到。

你偶爾會聽到有人提議,讓火星內核重新旋轉以產生足夠的磁場。這在理論上可行,但遠比向深井投擲核彈困難得多。如果你看過電影《地心搶險記》,片中地球內核停止旋轉,主角團隊深入地心重啟內核,請完全忽略片中所有所謂的科學設定。說實話,我在一些50年代的老科幻電影裡,都見過更靠譜的科學設定,比如《指揮官科迪》係列中,角色不穿太空衣在月球行走,或是乘坐外殼滾動的火箭起飛。

當然,我們可以投放數百萬枚核彈,重新加熱並旋轉行星內核,但在此期間,人類無法在行星上生存——物體受熱會膨脹,由此引發的地震,會讓地球的大型地震看起來像輕微震動,且這種地震可能持續數百年。

因此,更可行的方案是採用人工方式:圍繞行星建造太陽能衛星環,產生磁場。這比熔化行星內核數萬億噸的鐵鎳,更節能高效。

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