把垃圾扔到太陽！這主意怎樣？_風聞

原創：牧夫天文

我們的地球已經存在45.5億年，地球上的生命活動伴隨着火災、火山、地震、海嘯、隕石撞擊、颶風等自然災害。大多數自然災害是逐漸發展而來的或是侷限的，僅有少數是造成大規模生物滅絕的全球性突發災害。地球上出現了人類，幾萬年前他們對地球的影響微乎及微。但伴隨着人類文明的發展，人口暴增和技術騰飛下，人們對地球的影響越來越大，我們人類生活和生產活動產生的廢物已成為一個大問題，那為什麼不把垃圾扔到太陽這個超級焚化爐呢？

太陽是太陽系的能量源泉，人們已通過航天器來近距離研究它。既然它擁有如此強大的核聚變，為什麼我們不把太陽當做一個超級垃圾焚化場？

Credit: ESA

目前我們有70多億人口，已經是能夠打破地球引力束縛前往太空的高級智慧生物；我們可以提取稀有物質和元素；可以合成新的化合物；可以利用核能…這些都是我們祖先無法想象的。新技術改善了人類的生存，但卻就是一把雙刃劍。人們日積月累地加速破壞自然環境，森林在減少；大氣和水資源被污染，這些破壞已經遠超過地球的自我調節能力，而且人類已經制造出很多短時間無法降解和被處理的毒害物質。

2018年2月6日，SpaceX公司的重型獵鷹成功試飛，它不僅實現了發射任務，還成功回收了主推進器，意味着可重複使用的重型火箭橫空出世，將發射成本降低到1000美金/磅，但它仍然無法勝任將垃圾發射到太陽的任務。

Credit: JIM WATSON/AFP/GETTY IMAGES

人類製造了很多長期影響環境的污染物，比如長衰變期的放射物質、毒害化學物質，就連日常生活中大量使用的塑料，也很難自然降解。我們能否把最危害的垃圾通過火箭送往太陽？理論上這是好主意，但目前卻很難實現，讓我們一探究竟！

美國埃內韋塔克環礁(Enewetak Atoll)上成功試驗了世界第一枚氫彈“麥克”(10.4兆噸當量)，這僅僅是美國常春藤計劃的一小部分。如此強大的爆炸僅僅來自500克物質完全轉化為能量。核能是如此強大，但不管是核聚變還是核裂變都會產生持續長久的核污染。

Credit: NATIONAL NUCLEAR SECURITY ADMINISTRATION / NEVADA SITE OFFICE

人類已掌握火箭技術來打破地球引力束縛，每年進行大量的太空探索任務。對人們而言習以為常的引力是維繫宇宙天體運動的基本作用力，也正因為引力我們才能安穩的生活在行星地表，如果我們加速再加速會遇到兩個臨界點：

1、如果速度達到7.9公里/秒，我們可以像月球一樣繞地軌道運行，我們稱其為第一宇宙速度；

2、如果速度達到11.2公里/秒，我們將飛離地球，我們稱其為第二宇宙速度。

第一宇宙速度7.9公里/秒下將處於穩定的C軌道；當速度達到11.2公里/秒的第二宇宙速度，將以E軌跡逃逸；而兩者速度之間仍將進行繞地軌道運行。

Credit: BRIAN BRONDEL UNDER A C.C.A.-S.A.-3.0 LICENSE

如果我們站在赤道，這時我們擁有最高速度(地球自轉)，這個速度也僅僅是0.47公里/秒，如果想離開地表這還差很多！幸運的是我們掌握了火箭技術，在二十世紀五十年代我們已經可以使用火箭加速離開地表進入繞地軌道，人類的視野打開了。在更大的尺度下，地球在太陽引力作用下圍繞太陽大約以30公里/秒的速度在橢圓軌道上運行。

從國際空間站釋放的約300顆“鴿子衞星”用來給地球自拍。大約有130顆仍在繞地軌道上運行，但估計在十年內它們將陸續墜入地球大氣燃毀，假如我們可以加速它們超過第二宇宙速度，它們將圍繞太陽軌道運行。

Credit: NASA

相對於地球引力而言，太陽引力可謂超級強大，我們並不能感知它是因為這個引力作用同時作用於你我以及地球。你我以及地球都以30公里/秒的速度在距離太陽1.5億公里處圍繞太陽做橢圓軌道運動，如果想要飛離太陽，那需要額外的12公里/秒的速度(假設沿地球運行方向)，比如先鋒10和11號、旅行者1和2號還有新視野號航天器都超越了第三宇宙速度。

上圖非常有意思，Y軸是相對太陽的速度，X軸是到太陽的距離，紅色線為旅行者2號的速度，藍色線為不同距離下的逃逸太陽的速度。在地球這個位置下，逃逸太陽的速度是42公里/秒(相對於太陽，地球公轉下已有30公里/秒的速度)，我們可以看到旅行者2號是在木星的“引力彈弓效應”下加速超過太陽逃逸速度的。

Credit: WIKIMEDIA COMMONS USER CMGLEE

相反，如果我們想要將垃圾送往太陽，會遇到非常大的難題：我們需要讓裝載垃圾的火箭減速！這裏有兩個方法：

1、攜帶足夠的燃料來實現減速；

2、藉助內側軌道行星來減速。

上圖是藉助木星的引力彈弓效應圖示，可以利用行星的引力加速或減速。

Credit: WIKIMEDIA COMMONS USER ZEIMUSU

如果是第一種方法，對於目前的化學火箭來説完全“歇菜”，減速需要的燃料簡直就是噩夢，如果要攜帶很多垃圾，那就需要更多更多的燃料，可以看出這也是非常不經濟的做法，即使不考慮成本問題目前的火箭技術也不能勝任。如果我們藉助內側軌道行星的引力來減速呢？

信使號任務用了7年時間，6次引力彈弓效應和5次深空操作最終到達水星。帕克太陽探測器為了能夠靠近太陽需要更多的類似過程，因此減速靠近太陽並不容易。

Credit: NASA/JPL

如上圖所示，20多年前信使號歷經“艱辛”到達水星，類似的還有帕克太陽探測器。經過科學家的演算，我們可以設計出前往太陽的複雜軌跡，雖然不容易但我們還是實現了！但這不意味着能夠用來發射垃圾，主要因為：

1、要考慮發射失敗的風險，這些垃圾如果在升空階段爆炸？

2、即使可以藉助內側軌道行星減速，但向太陽發射比向太陽外發射要難很多。如果是向太陽外發射，通過外側軌道木星和土星等大質量行星加速的效果要好很多；

3、如果我們執意向太陽發射垃圾，目前的成本是高昂的。

上圖為2014年的一場火箭升空爆炸事件的過程。

Credit: NASA/JOEL KOWSKY

目前最成熟可靠的火箭發射系統是“聯盟號”火箭，它擁有超過1000次的發射和97%的成功率。但即使是2-3%的失敗率，我們也不會考慮使用它來發射危險的垃圾，如果火箭爆炸後果不堪設想。目前美國公佈的數據表明，它有6萬噸的高危害等級核廢料，如果使用聯盟號火箭發射，大約需要8600枚火箭，即使我們把發射失敗率降低到0.1%，我們不僅需要萬億美元，還需要面對9次發射失敗。9次發射失敗意味着6萬磅核廢料廣泛擴散和污染。因此，把垃圾送往太空的好主意至少目前是不可行的。

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Credit：ESA