为什么我们不把地球的垃圾扔进太阳(2019年)

想象一下我们的星球在它存在的最初45.5亿年里是什么样子。火灾、火山、地震、海啸、小行星撞击、飓风和许多其他自然灾害无处不在，在我们整个测量的历史中，生物活动也是如此。发生的大多数环境变化都是渐进的和孤立的；只有在少数情况下-通常与大规模灭绝相关-才是全球性的、立即的和灾难性的变化。

但随着人类的到来，地球的自然环境还有另一个因素需要应对：我们物种给地球带来的变化。几万年来，最大的战争仅仅是地区性的骗局；最大的废物问题只会导致孤立的疾病爆发。但我们的数量和技术能力都在增长，随之而来的是废物管理问题。你可能认为一个很好的解决方案是把我们最糟糕的垃圾送到太阳下，但我们永远不会做到这一点。这就是为什么。

目前，地球上有70亿多一点的人类，上个世纪，我们终于成为了太空文明，打破了将我们束缚在地球上的引力纽带。我们提取了珍贵而稀有的矿物和元素，合成了新的化合物，开发了核技术，并生产出了远远超出我们远古祖先最狂野梦想的新技术。

尽管这些新技术改变了我们的世界，提高了我们的生活质量，但也有负面的副作用随之而来。我们现在有能力以各种方式对我们的环境造成广泛的破坏和破坏，从砍伐森林到大气污染，再到海洋酸化等等。有了时间和关怀，一旦我们停止加剧这些问题，地球就会开始自我调节。但在任何合理的时间尺度上，其他问题都不会自行改善。

我们在地球上生产的一些东西不仅在短期内是一个不可忽视的问题，而且构成的危险不会随着时间的推移而显著减少。我们最危险的长期污染物包括核副产品和废物、危险化学品和生物危害、废气排放的塑料和不会生物降解的塑料，如果它们以错误的方式进入环境，可能会对地球上很大一部分生物造成严重破坏。

你可能会认为，这些罪犯中最糟糕的应该被装上火箭，发射到太空，并被送上与太阳相撞的路线，在那里他们终于不会再困扰地球了。在那里，你可能会认为，这些罪犯中最糟糕的应该被装上火箭，发射到太空，然后与太阳相撞，在那里他们最终不会再困扰地球。(是的，这与“超人4”的情节相似。)。从物理学的观点来看，这样做是可能的。

但是我们应该这么做吗？这完全是另一回事了，首先要考虑地球和太阳系中的引力是如何工作的。

人类在地球上进化，在这个世界上崭露头角，并发展出我们宇宙中从未见过的非凡技术。我们都一直梦想着探索我们家园之外的宇宙，但直到过去几十年，我们才设法摆脱了地球的引力束缚。我们的大质量行星施加的引力只取决于我们离地球中心的距离，这会导致时空弯曲，并导致地球上或其附近的所有物体--包括人类--不断向下加速。

有一定量的能量可以保持任何质量物体与地球的结合：引力势能。然而，如果我们向一个物体移动得足够快(即给予足够的动能)，它可以跨越两个重要的阈值。

稳定的轨道速度永远不会与地球相撞的门槛：大约7.9公里/秒(17,700英里/小时)。

相比之下，在地球自转最大化的赤道上，人类的移动速度仅为每秒约40.47公里(1000英里/小时)，由此得出的结论是，除非有某种巨大的干预来改变这种情况，否则我们没有逃脱的危险。(注：地球自转最大的赤道是地球自转最大化的地方)，而人类的移动速度仅约为40.47公里/秒(1000英里/小时)，这就得出了这样的结论：我们没有逃脱的危险。

幸运的是，我们已经开发出了这样一种干预手段：火箭技术。要让火箭进入地球轨道，我们至少需要将火箭加速到我们前面提到的必要门槛速度所需的能量。自20世纪50年代以来，人类就一直在这样做，一旦我们逃离地球，就会有更多的事情在更大范围内发生。

地球并不是静止不动的，而是以大约30公里/秒(67000英里/小时)的速度围绕太阳运行，这意味着即使你逃离地球，你仍然会发现自己不仅受到引力的束缚，而且还处于围绕太阳稳定的椭圆轨道上。

这是一个关键点：你可能认为，在地球上，我们受到地球引力的约束，而这是引力方面的主导因素。恰恰相反，太阳的引力远远超过地球的引力！我们没有注意到这一点的唯一原因是因为你、我和整个地球相对于太阳都处于自由落体状态，所以我们都被太阳以相同的相对速度加速。

如果我们在太空中设法摆脱了地球的引力，我们仍然会发现自己相对于太阳的运动速度约为30公里/秒，与母星的距离约为1.5亿公里(9300万英里)。如果我们想要逃离太阳系，我们必须再获得大约12公里/秒的速度才能达到逃逸速度，这是我们的几个航天器(先锋10号和11号，旅行者1号和2号，以及新地平线号)已经达到的速度。

但是，如果我们想朝相反的方向，向太阳发射宇宙飞船的有效载荷，我们将面临一个巨大的挑战：我们必须失去足够的动能，使一个稳定的围绕太阳的椭圆轨道过渡到一个足够靠近太阳的轨道，以便与它相撞。要做到这一点，只有两种方法：

随身携带足够的燃料，这样你就可以充分减速你的有效载荷(即，让它尽可能多地失去相对于太阳的相对速度)，然后观看你的有效载荷重力自由落入太阳。

与我们太阳系最内部的行星-地球、金星和/或水星-配置足够的飞越，以便轨道有效载荷得到去助推(而不是像先驱者号、旅行者号和新地平线号这样的航天器从与外行星的引力相互作用中收到的正向助推)，并最终足够接近太阳，以至于它被吞噬。

在现实中，第一种选择需要如此多的燃料，以至于用目前的(化学火箭)技术几乎是不可能的。如果你给火箭装上了巨大的有效载荷，就像你想要发射到太阳上的所有危险废物一样，你必须在轨道上给它装上大量的火箭燃料，才能使它足够减速，这样它就会坠入太阳。要同时发射这种有效载荷和额外的燃料，需要一枚比我们在地球上建造的任何火箭都要大、更强大、更重的火箭，而且要比我们在地球上建造的任何火箭都要大得多。

取而代之的是，我们可以使用重力辅助技术来增加或移除有效载荷的动能。如果你从后面接近一个大质量(如行星)，在它前面飞行，然后在行星后面受到重力弹射，航天器就会失去能量，而行星则会获得能量。然而，如果你走相反的方向，从前面接近这颗行星，在它后面飞行，然后再次受到重力弹弓的作用，你的航天器就会获得能量，同时把它从轨道上的行星上移走。

二十年前，我们成功地使用了这种引力弹弓方法，成功地发射了一个轨道器，将水星会合并连续成像：信使任务。它使我们能够构建太阳系最内部世界的第一个全行星镶嵌。最近，我们使用了同样的技术将帕克太阳探测器发射到一个高度椭圆形的轨道上，这将把它带到离太阳几个太阳半径的范围内。

只要你用正确的初始速度定位你的有效载荷，一组仔细计算的未来轨迹就是到达太阳所需的全部。这很难做到，但也不是不可能，帕克太阳探测器可能是我们如何从地球上成功地将火箭有效载荷发射到太阳上的典范。

考虑到这一切，你可能会得出结论，推出我们的垃圾收集在技术上是可行的-包括有毒化学品、生物危害，甚至放射性废物等危险废物-但这几乎是我们永远不会做的事情。

发射失败的可能性。如果你的有效载荷是放射性的或危险的，而你在发射或飞越地球时发生爆炸，所有这些废物都将无法控制地散布在地球上。

从能量上讲，将有效载荷发射出太阳系(从木星等行星的正重力辅助作用)比将有效载荷发射到太阳上的成本更低。

最后，即使我们选择这样做，目前将垃圾送到太阳上的成本也高得令人望而却步。

有史以来最成功和最可靠的太空发射系统是联盟火箭，它在1000多次发射后的成功率为97%。然而，2%或3%的失败率，当你把这一点应用到一枚满载着你想要发射出地球的所有危险废物的火箭上时，会导致这些废物扩散到海洋、大气、人口稠密地区、饮用水等的灾难性可能性。这种情况对人类来说不会有好的结局；风险太高了。

考虑到仅美国一国就储存了大约6万吨高放核废料，大约需要8600枚联盟火箭才能将这些废料从地球上清除。即使我们能将发射失败率降低到史无前例的0.1%，这也将花费大约1万亿美元，预计将有9次发射失败，将导致超过6万磅的危险废物在地球上被随机重新分配。

除非我们愿意付出前所未有的代价，接受几乎肯定会造成灾难性的环境污染，否则我们不得不把把垃圾扔进太阳的想法留给科幻小说和未来有希望的技术领域，比如太空电梯。不可否认，我们在地球上搞得一团糟。现在，是我们自己想办法走出困境的时候了。

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