今天是太空旅行三部曲的最後一部。
2019年專業期刊《宇航學報》發表了一篇推著太陽暢遊宇宙的構想，頗為嚴謹，讓人忍不住想東施效顰，為同樣宏大構想的“流浪地球”做個註解。
先端正態度，拍好馬屁。大劉是非常優秀的科幻作家，他的作品有宏大的視野和深刻的人性，尤其是《三體》，誠心推薦！不過，科幻作家屬於文學家，追求的不是科學嚴謹，本僧勉強算一個科普寫手，看著科幻鉅著的漏洞難免手癢，純粹從科學角度修繕一下故事情節。
太陽氦閃
首先是這個大背景：太陽突然要爆炸，地球必須要流浪。
恆星演化研究算是比較成熟的，太陽命運基本都被算命先生定好了，沒有外來因素，很難發生意外。太陽氦閃這麼重大的事情，自然早在日程表上了。
赫羅圖上的太陽演化過程
氦閃大概是這麼回事：
恆星憑藉引力把氫擰成氦，依靠聚變維持平衡，但隨著氫不斷消耗、氦不斷累積，問題就來了。因為恆星內部只夠滿足氫聚變，並不滿足氦聚變，於是，聚變反應逐漸減弱，核心體積開始收縮。
體積一收縮，內部壓力就變大，堆在中心的氦就被壓縮成簡併態。這個簡併態是氦閃的關鍵，可以理解為電子被壓縮到沒地方挪動了，像是一個超級高壓鍋。
如果恆星質量低於0.8倍太陽質量，那麼這個高壓鍋就永遠這麼的了，俗稱白矮星，因為成分是氦，也叫氦白矮星。
如果恆星質量高於2.0倍太陽質量，那麼在變成高壓鍋之前，內部壓力就足夠把氦原子擰成碳原子。一旦提前發生氦聚變，能量得到補充，恆星就會停止收縮，這一輪氦閃就算躲過去了。若干年後繼續挑戰下一輪碳閃，挑戰失敗就成為一顆碳白矮星，大名鼎鼎的磚石星就是此類。
如果恆星質量在0.8~2.0倍太陽質量之間，那就麻煩了，在變成高壓鍋之前，內部壓力不足以發生氦聚變，在變成高壓鍋之後，內部壓力還能繼續壓爆這個高壓鍋。
這個高壓鍋被壓爆的一瞬間，氦聚變被點燃，這種失控的反應劇烈而短暫，稱之為“氦閃”。
以太陽的質量來看，顯然躲不過氦閃，但氦閃並不是地球人需要擔心的。因為氦閃發生在紅巨星階段末期，在氦閃之前，長達10億年的紅巨星階段就已經把地球折騰黃了。
總而言之，以氦閃作為帶地球流浪的理由，不夠科學。
謀殺太陽
如果太陽好好的，流浪地球的動機就不存在了，所以必須要把太陽給滅了。但很可惜，謀殺太陽是件非常棘手的事情。
場景一：系外行星闖入太陽系
就算八大行星一起撞太陽，不過就是濺起幾朵小日珥而已，對人類是災難，對太陽也就撓撓癢。至於扔氫彈什麼的，就別丟人現眼了，太陽本身就是一顆超級大氫彈，連它自己都沒把自己炸掉。如果非要往太陽上丟東西來摧毀太陽，那至少得扔進去一個恆星，而恆星相撞可以提前N年預測，沒有突發性，這路子走不通。
場景二：大質量超新星爆炸
躲避超新星爆炸確實是一個不錯的理由，但推動地球顯然不如推動太陽更合理，具體方法參見上篇《戴森球》，這路子也走不通。
場景三：外星人
偷個懶，讓外星人摧毀太陽怎麼樣？那就沒必要流浪了，結了這麼大的樑子，人家肯定得斬草除根，這路子更走不通。
順便較真一下，小說裡用光粒打擊恆星的原理是：把一個小球加速到接近光速，根據相對論效應，小球質量可以增加到恆星的幾分之一，這種打擊相當於兩顆恆星相撞，從而摧毀目標恆星。
這原理當然沒問題，但相對論還告訴我們，質量達到恆星級的小球，動能也是恆星級的，它同樣符合質能守恆定律。換句話說，要把小球質量增加到恆星級，需要恆星級的能量來加速，這能量從哪裡來？
說實話，在現有理論之內，地球想到太陽系外面溜達，確實沒什麼好理由。不過，現有理論再往前走一步，就有一個不錯的機會。
大質量恆星演化到最後，會被引力硬生生擠成一個點，變成黑洞。也就是說，強大的引力意味著黑洞。根據相對論，引力和加速度是等效的，引力能幹的事情，加速度同樣可以幹。
我們無法創造強大的引力，但可以創造強大的加速度，比如高速粒子碰撞的瞬間，對撞粒子的速度從近乎光速急劇下降，這加速度妥妥的天文數字。強大的加速度很可能意味著黑洞。
所以這個故事可以這麼寫：
人類掌握核聚變之後，圍繞太陽建造了一臺超超超級對撞機，把粒子加速到無限接近光速，結果一不小心，把幾個粒子撞成了黑洞。現有理論認為，這個直徑遠遠不到1納米的迷你黑洞，會在極短時間內通過霍金輻射衰變成各種粒子。
但是，各位注意了，但是，霍金輻射到底靠不靠譜，科學家的共識是：尚待驗證！
於是，我們就有了遐想的空間：假設迷你黑洞可以穩定存在，而且能不斷吸收各種輻射，逐漸壯大，預計400年後開始吞噬太陽系。
終於，咱們有理由帶著地球去流浪了。
不識地球真面目，只緣身在地殼中
太陽那邊的事情安排得差不多了，接下來看地球這邊。
人類對地球結構的研究主要通過地震波，目前沒有太多確定性的結論，只有一些籠統的判斷。地球由外往內依次是地殼、上地幔、下地幔、外地核、內地核。
地殼的厚度從幾公里到幾十公里不等，平均17公里，僅佔地球質量0.4%。
這0.4%就是目前為止人類在地球上的全部活動範圍。七大洲四大洋，江河山川，動物植物，還有200萬年的人類歷史，全在這0.4%裡，所以很多人潛意識裡會把這0.4%當成地球的全部。
比如，下面這張流傳很廣的地球脫水圖，看第一眼時只有震撼沒有質疑。但回頭想想，太平洋平均深度只有4公里，而地球直徑有1.2萬公里，就算把水抽乾了，再算上珠穆朗瑪峰，地球也絕對比籃球更光滑。
真實的地球結構聽著有些慌……
板塊構造學說，把薄薄的地殼分成六大板塊，亞歐板塊、非洲板塊、美洲板塊、南極洲板塊、印度洋板塊、太平洋板塊，還有諸多小板塊，這些薄片全都飄在軟流圈上。
所謂軟流圈，顧名思義，高溫高壓讓這裡的物質以半粘性狀態緩慢流動，在地下60～250公里之間，位於地幔的中上部。軟流圈雖然不是液體，但有一定的流動性，甚至和大氣層一樣有對流運動，於是咱們的六大薄片就能在上面移動，這是大陸漂移學說的重要依據。
順便說一下，地球是目前所知的唯一適合板塊構造學說的行星，據說這是生命進化的必要條件，因為板塊運動帶來了豐富的地質活動，火山地震之類的，促進了碳循環。
包括軟流圈在內，地下33公里到2900公里都屬於地幔，成分以硅酸鹽、金屬氧化物等為主，佔地球質量68%，很大程度上決定了地球性質，對各種地質活動有決定性影響。
根據地震波傳播的不同，地幔分為上地幔和下地幔。越往下溫度越高、壓力越大，下地幔的壓力可以達到130萬大氣壓，相當於世界最大鍛造機工作壓強的1000倍，天天被這麼個大傢伙捶，其緻密程度可想而知。
因為高溫的關係，地幔雖是固體，卻有類似瀝青一樣半流動的可塑性。沒錯，瀝青是可以流動的，不信的小盆友可以搜索持續了快一百年的瀝青滴漏實驗。
所以，如果持續壓著美洲大陸推地球，薄薄的大陸板塊不是被壓碎了，就是被摁進地幔裡了。這就好像大卡車與瀝青馬路，偶爾跑幾趟沒啥關係，若長年累月跑，瀝青馬路鐵定被壓出坑。
再往裡的2900公里到4700公里之間是液態的外地核，雖然是液體，但壓力有150萬-300萬大氣壓，這都快趕上一般原子彈爆炸時的中心壓力了，也就是說，單純靠原子彈爆炸的衝擊波，都不一定能在這灘水裡掀起浪花……
再經過400公里的過渡層，就是直徑1200公里的內地核。內地核主要是鐵鎳合金，因為壓力超過350萬個大氣壓，所以在五六千度的溫度下還能保持固態。
內外地核共佔地球質量31.5%，妖孽一般的存在！
話說回來，研究地球結構主要就是分析地震波的橫波和縱波在不同物質中傳播的差異，外加重力場、電磁場之類的輔助，這準確度還不如老中醫把脈……所以這些結論嘛，看個大概就好。
改造地球
這樣的結構，顯然不利於我們推動地球，得改。改造關鍵是讓上地幔中的軟流圈變堅固，整個工程分三步走。
第一步，改性加固
上地幔是成分複雜的混合物，因此可以將密度大、熔點高的改性硅酸鹽，熔化後灌入上地幔，擠出原先熔點較低的雜質。但是就我們地面上這點高原山川，全灌到軟流圈裡，也不夠塞縫隙的，這事兒在地球上怕是辦不成了。
俗話說的好，舉頭望明月，低頭思故鄉，抬頭看看月球，低頭想想地幔。月球的主要成分就是硅酸鹽和各類金屬氧化物，剛好可以作為改性原料，熔化後灌入地幔裡。反正推走地球的時候，遲早要把礙事的月球處理掉，還不如化成灰一起帶走。月球不夠的話，還可以去火星再刨點，肯定管夠。
當然，月球熔化消失後，地球的動靜可不小，畢竟哥倆相處幾十億年了，要提前做好應對。
第二步，降溫冷卻
硅酸鹽改性之後，上地幔稍微再降一點溫度，就能凝固成堅硬的固體，冷卻時控制好應力，類似於鋼化玻璃原理，可以適當增強地幔的抗壓強度。
但是，地球已經冷卻46億年了，還滾燙滾燙的，有什麼辦法可以快速降溫嗎？
熱棒技術，也不算新鮮玩意兒了，青藏鐵路在凍土地區修建時，為了防止凍土融化破壞路基，採用熱棒技術把熱量從地下傳到大氣裡。
神奇的熱棒其實就是中空管，裡面加了導熱液體，一頭插地下，一頭露地上。當凍土溫度升高時，管子底部的液體氣化上升，到頂部遇冷液化釋放熱量，然後流回底部，如此往復，降低凍土溫度。
這種原理傳遞熱量非常迅速，在其他領域也有應用，本僧第一次遇見時差點被驚呆了！
地幔溫度下降後，地核的熱量就會加速向外傳遞，計算地球重新穩定後的溫度分佈，要用到《數理方法》，這門課是大學物理的四大天書之一，瞧瞧球座標下的導熱微分方程：
本僧看著公式掐指一猜，假設軟流圈徹底凝固，則地球整體溫度下降50度，釋放的熱量摺合1000億億噸標準煤。(這個數據真的完全靠猜，計算實在太複雜了。)
第三步，回收+散熱
如果這麼多熱量直接散到大氣層裡，地球就要變蒸籠了，地熱能可是好東西，不能浪費，得尋個好去處。比如，熔化月球需要400億億噸煤，加上運輸和損耗的能量……估計就差不多了。
但根據熱力學第二定律，不能從單一熱源吸收熱量使之完全轉換為有用功，所以，大氣層熱量不可避免會增加，這些都得弄到太空去。
很多人以為太空這麼冷，散熱肯定很容易，可別忘了溫度的本質是什麼，真空環境不會熱傳遞，熱量只能以輻射的形式散熱。
例如，國際空間站，豎著的是太陽能板，很眼熟，橫著的白色板子，眼生吧？這是專門散熱的散熱片，熱量被帶到這些板上，再以紅外線的形式釋放到太空。
等行星發動機一開機，散熱就成了頭等大事，為此，本僧想到了一石三鳥的好主意：在50公里的高空修建一堆散熱片，像玻璃罩一樣把整個地球大氣層包裹封閉起來。其作用有三：
第一，散熱，面積不夠的話可以繼續向上延伸。
第二，屏蔽太陽光，控制地球和外界的能量交換，使地球成為一個獨立的封閉系統，提前適應沒有太陽的生活。
地球每秒從太陽薅到的能量是1.7加17個0，其中30%直接反射回太空，剩餘70%用來保持大氣和地表溫度，支持大氣圈與水圈的運行，提供植物光合作用，補充地球對外輻射的損耗等等。如果地球按這個模型自己提供能量，持續一百年的能耗僅佔地球氫聚變能儲量的億分之一，這點開銷當然沒問題。
第三，行星發動機噴出的是粒子，如果任由粒子風這麼吹，大氣層肯定被吹得乾乾淨淨，地球表面就成真空了。所以，可以這麼的：發動機噴口伸到50公里以上，同時還可以作為散熱片的支柱，由散熱片構成的巨大罩子能保護50公里以下的大氣層不被吹散。
有了大氣層和能源，人類就可以保持現有生活方式，畢竟咱都已經掌握核聚變了，生活當然不能太寒磣。
逃逸速度與地球停轉
接下來討論一下地球以何種姿態離開太陽系，這涉及逃逸速度的計算，雖然這事牛頓時代就已經解決了，但現在還是有很多人不理解。
比如，地球的第三宇宙速度是16.7km/s，但實際上地球的公轉速度是30km/s，為啥地球沒把自己甩出太陽系呢？
第三宇宙速度的完整表述應該是這樣的：在地球附近，飛行器順著地球公轉方向的速度增量達到16.7km/s，飛行器就可以依靠慣性飄出太陽系。
這幾個條件缺一不可！比如，到了海王星軌道，只要7km/s就能飛出太陽系。再比如，若飛行器能持續加速，那就不存在第三宇宙速度的問題，哪怕是烏龜速度也一樣可以爬出太陽系。
但因為離子發動機推力太小，化學發動機只能短時間工作，所以，發射飛行器更像是站在地球上向太空扔石頭，扔出手的初速度就決定了石頭能飛到什麼地方，只有扔得足夠快，才能克服地球引力和太陽引力，飛出太陽系，這就是第三宇宙速度。
300年前的課補得差不多了，所以地球能選擇的路只有兩條。
第一，直線加速走人。
太陽對地球的引力是3.5加22個0，只要你的發動機推力大於這個數，就可以直接拎著地球按直線加速走人。
一旦零多了，對數字就沒啥概念，這麼說吧，如果把這個力平均分到1萬臺發動機上，那發動機對地面的壓力，能把地球打個對穿。直白地說，想直線加速走人，沒門。
第二，繞圈甩出。
在地球軌道上，只要繞太陽轉圈的速度達到42.1km/s，就可以甩出太陽系，地球現在的繞圈速度是29.8km/s，只要再增加12.3km/s就搞定了。解釋一下為啥不是16.7km/s，因為地球飛走不用克服地球自己的引力，只需克服太陽引力，所以可以稍微慢些。
這道理和嫦娥登月一樣，嫦娥沒法走直線到月球，而是不斷加速，一圈一圈甩到月球。
那麼這就有個問題了，地球繞著太陽轉圈，加速方向就得實時變化。如果把地球自轉弄停了，發動機噴口就只能朝一個方向，顯然不妥。
理論上，加速方向應該沿著紅線軌道，在左邊的時候朝右邊加速，在右邊的時候朝左邊加速，但如果地球停止自轉，那發動機噴口就只能朝一個方向，非常不便。
所以發動機佈局不應該只在地球一側，而是應該平均佈滿整個地球，4公里的太平洋水深，對於50公里高的發動機當然也不在話下。地球停轉完全沒必要，各發動機隨地球轉到特定方向後輪流開機即可。這樣佈局還有兩個好處：
第一，受力均勻，有利於地球保持原有結構。第二，萬一太空旅途中遇到緊急情況，轉向更為迅速。
不過有一個不是問題的問題，地球表面立著密密麻麻高達50公里的行星發動機，從外形上看，有點像最近流行的冠狀病毒啊！
發動機首選聚變直噴發動機，至於聚變原料嘛，重元素先放放，連恆星的氦聚變都這麼費勁，咱們地球人就別太過分了，就折騰氫吧。
假設我們的目標是100年內加速到逃逸速度，即把地球公轉速度增加12.3km/s，則需要推力2.3加19個0。聚變直噴發動機的噴口速度為十五分之一光速，則每秒需要噴射12億噸燃料。
從質量上說，100年累積消耗地球質量的0.06%，這個敗家速度還行。從能源上說，聚變發動機的動能效率按25%計，則僅需1年就能清空地球上水以外的氫儲量，這個速度實在太敗家了，剩下99年可咋辦！
好在木星土星七八成都是氫，地球還在太陽系內加速的時候可以使勁薅。可一旦離開太陽系，就算把太平洋大西洋都抽乾了當油箱，全部填滿液氫也只能堅持兩年。
沒辦法，只能把木星這個燃料罐帶走了，但木星質量是地球的三百多倍，能成嗎？其實，這事兒比推地球還簡單。
《宇航學報》上推動太陽的恆星發動機叫卡普蘭推進器，從上篇介紹的原理來看，用這個推進器推動氣態行星就像電風扇吹氣球一樣方便，因為去行星表面薅氫氣的時候完全不用擔心高溫。
甚至都不用對木星做任何改造，直接造一堆卡普蘭推進器，對著木星吹就行了。木星的氫儲量足夠地球發動機和卡普蘭推進器使用10萬年，這才是滿滿的安全感啊！
既然推動木星這麼容易，本僧還想到一個藝高人膽大的操作：利用木星對地球的引力，把地球變成木星的衛星，讓木星牽著地球飛，主動力由木星的卡普蘭推進器提供，地球發動機只要控制好地木距離即可。萬一有彗星撞過來，木星憑藉強大的引力還可以為地球遮風擋雨。
這樣一套地木系統，即便沒有補給，仍可以在太空流浪十萬年，按五萬年加速五萬年減速計算，十萬年至少可以飛60光年。在太陽系方圓60光年內，有幾百個恆星可供我們探險，找點補給應該不會很難。
去哪兒
如果太陽意外成了黑洞，引力並不會增加多少，短時間內對離太陽最近的比鄰星(距離4.22光年)不會有影響。所以地球人到了比鄰星後，時間還是很充裕的，至少幾萬年內，太陽黑洞不會追殺過來，可以安心休整。
比鄰星至少有一顆行星，質量和體積比地球稍微大點，隨便花個幾百年時間改造改造，再繁衍出50億人，準備妥當後，地球人就可以推著2顆行星再次出發。
比鄰星所在的半人馬座三星就是小說《三體》裡三體人的家鄉，有三顆太陽，所以就有了下面這個段子……
下一站是第二近的巴納德星，距離6光年，那邊剛發現了一顆超級地球，比地球大數倍的行星，改造後容納100億人不成問題，再搜刮一番，幾百年後就可以推著3顆行星繼續飛行。
方圓30光年內，人類已發現五六十顆系外行星，都別浪費了。還可以把喜歡浪漫的人湊出一個星球，去曾經地球夜空中最亮的星，8.6光年外的天狼星。
等地球人推著這五十多顆形似冠狀病毒的球撒向宇宙的時候，本僧擔憂多年的人類滅絕問題，總算可以緩一緩了。
