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利用核武器改变地球公转半径可以抑制全球变暖吗?

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卢秩,我只是打酱油的。

第一章

你们这些渺小的人类啊,你们的核武器有多少呢?

地球上出现过的,最大当量的核武器是 5000 万吨 TNT 当量 Tsar Bomba。我知道你看惯了各种核爆画面,肯定毫无感觉。

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假设地球上所有的核武器总当量是这个数字的 1 万倍(我瞎猜的,欢迎随意改变这个参数),那总能量大概是 2×1021 焦耳,相当于 2014 年全世界探明的天然气储量能释放的能量的三分之一到四分之一(BP 2014 年能源报告)。你觉得多吗?

第二章

哦不,你说“即便要用完地球上所有的铀,推动地球的事业也不能停止!”

我先原谅你的中二…这是国际原子能机构(IAEA)在 2005 对全球铀储量的估计(Global Uranium Resources to Meet Projected Demand

Uranium 2005: Resources, Production and Demand - also called the "Red Book" - estimates the total identified amount of conventional uranium stock, which can be mined for less than USD 130 per kg, to be about 4.7 million tonnes.

5 百万吨左右。当然,IEAE 的报告也说了,铀储量可能还要更高。那以我一贯的乐观原则,假设地球上铀储量有 5 亿(5×108)吨好了。为了实现推动地球的事业,不管你是铀 -235 还是铀 -238,必须全都裂(变)给我看!一个铀原子裂变大概放出 3.2×10-11焦耳的能量(参阅Nuclear fission):

Typical fission events release about two hundred million eV (200 MeV) of energy for each fission event.

初中化学来了:铀的摩尔质量在 238 克左右,那么我们总共有约 2×1012 摩尔的铀,也就是 1.2×1036 个铀原子核。不管怎么样,全都给我(你)裂变吧!

于是,地球承受了一次能量大小为 4×1025 焦耳量级的冲击。这是地球每年接收到的(不是被利用的)太阳能的 10 倍左右,远远超过人类文明使用过的能量总和。你觉得多吗?

第三章

地球质量是 6×1024 千克左右。

让我们假设核裂变的能量全都变成了动能(各种电磁波第一个表示不服),并且被地球的动能吸收了(热力学第二定律表示无可奈何)。

如果地球站在原地被你的铀弹“踢”了一脚,因此获得了牛顿梦想的“第一推动力”,那地球的轨道速度大约是 3 米 / 秒。但地球表示,我的轨道速度大概是 30 公里 / 秒(Earth's orbit

“好吧,这个 3 米 / 秒的速度一定对地球意味着点什么吧(握紧拳头)!”

考虑到地球的轨道大致是个圆形。

Earth's orbit has an eccentricity of 0.0167.

初中物理知识来了:引力束缚系统的总能量(E)在数量上等于动能(K)但符号相反;引力势能(G)在数量上等于动能的 2 倍,符号也相反。(维利定律Virial theorem也说了同样的事情)

地球绕太阳运动的总动能是多少呢?大概是 2.7×1033 焦耳左右(应用题,我给的条件已经够了)。咦,那个 10 的 25 次方量级的能量在哪里?

于是,地球和太阳肯定还是个引力束缚系统(天文上把你推动地球的努力叫摄动Perturbation (astronomy))。那地球轨道的平均半径改变了多少?

高数知识来了:地球引力势能的变化在数量上应该是动能变化的两倍,假设为 Image may be NSFW.
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 ,地球当前的轨道半径是 Image may be NSFW.
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 (一个天文单位),假设太阳质量 Image may be NSFW.
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 和地球质量 Image may be NSFW.
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 都不发生变化,引力势能的改变让地球轨道半径变化了 Image may be NSFW.
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 ,于是 Image may be NSFW.
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于是地球轨道平均半径的改变是Image may be NSFW.
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也就是说,地球轨道被你推动了十亿分之一,大约是 0.2 公里(了不起!)。你觉得满意吗?

第四章

地球轨道的近日点和远日点差别大概是 500 万公里。

在你的惊天一爆之后,地球被移动了,地球接收的太阳能也变化了大约十亿分之一。那相比于太阳自身的周期性能量变化呢(Solar variation),大约是千分之一:

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现在还想说些什么吗?

终章

醒醒吧,核冬天是可以的,但不是靠影响地球轨道实现的。

除去尘埃造成的地表温度下降等气候因素,光是引爆核弹放射性尘埃就能让人类玩完了。当然,这远远不需要把全世界的铀全都裂变了(核心坍塌型超新星(Core-Collapse Supernova)/ 中子星对(Neutron star merger) 表示他们把铀造出来很不容易,不要浪费)。

在自然面前,人类还是要谦逊。对这个星球而言,我们人类和地球上出现过的其他生命在绝大多数地方没有不同,唯一的区别可能是:我们极有可能是地球历史上唯一具备毁灭自身种族能力的物种。

所以啊,好好得活下去,推动地球的事业还是非常的任重道远啊……

番外章

根据部分人类个体留言的反馈,即便施展神迹

0)能量在 1s 完成释放(工程问题,毫无解决方案)

1)让地球上的铀全部裂变(工程问题,可能有解决方案)

2)裂变能量全部转变为地球动能(违反物理定律,只能靠 YY)

仍然无法使他们安心地在地球上繁殖,推地球之心不止。热核聚变。是的,人类竟然想到了宇宙创生的手段。好吧,成全你们。

首先,神迹也有个底线,要不然直接施展神迹将地球移到奥尔特云(Oort cloud)算了。这个底线我会在使用的时候,依次提醒的。

首先,选择聚变方案:

1)中学物理知识:聚变需要克服原子核之间的电磁排斥,这个排斥的势能正比与两个原子核电荷的乘积。所以,选择“氢的同位素(氕、氘、氚)”作为聚变原料。(底线一:汝勿以氦四施之聚变。你知道把氦 -4 变成碳 -12 有多难吗?太阳也做不到的事情,暂时就不要想了。Triple-alpha process

2)根据维基百科核聚变的内容,涉及核聚变的方案有如下几种

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氘(氢 -2)在海水中的含量大概是氢元素总量的 3000 分之一(以质量分数计,Deuterium)。氚(氢 -3)具有放射性,天然含量可以忽略。氦 -3 传说在月球表面很多,但地球储量大约只占氦总体数量的百万分之一(Helium-3)。(底线二:汝不得改变元素及其同位素之相对含量。各种原子核的数量不是任意确定的,千言万语一句话,它们的产生是物理常数决定的。)

所以,假设最终通过各种努力,氘融合反应实现了,地球上所有的氘总数大约是 1.3×1043,释放的总能量是 1.5×1031 焦耳。在地球没有被炸烂的前提下(是的,这个能量足以把地球炸烂了,想象被啃了一口的苹果),地球轨道的平均半径改变了大约百分之一!地球接收的太阳能功率也会应此减少百分之一左右。我估计,此时的明尼苏达已经没有人住了......

考虑到你们推动地球的决心,神迹再现:

1)地球上所有的氢 -1 都将被用于聚变。(也许是工程问题,但是并不可能实现……)

2)太阳把它的引力约束手段借给你。(违反物理定律,同样不可能实现……)

于是,对于地球上 1.4×1021 千克的水,假设都是 H2O,那么氢原子的质量大概是 1.6×1023 克,大约总共 9×1046 个氢原子核。太阳将氢原子核聚变的方式,总来来说是(Proton) Image may be NSFW.
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考虑到太阳核心每秒有 3.6×1038 个氢原子参与聚变(Solar core),能量释放的功率是每秒 3.8×1026 焦耳。于是,通过坚(sang)持(xin)不(bing)懈(kuang)的“地球推动”项目,1035 焦耳的能量被释放出来了。好吧,你赢了!这个能量比地球的引力结合能(约 1032 焦耳)还要大,足以把地球炸成渣渣了。

番外终章

既然核聚变都能被掌握了,那还需要移动地球做什么呢?

核聚变可能就是最终驱动人类航向星辰大海的能源,而此刻,我们离控制它也有很长的路要走。(托卡马克的人认为,目前受控核聚变只是工程问题。LBNL 刚验证了激光是可行的。但也有可能最终实现的方法不是任何一种现有方法,who knows…)

聚变是在宇宙尺度制造能量和物质的方法,说真的,以目前人类的科学与能力,如此大规模地聚变对于想象都是难以承受的负担。

祈祷人类本身能够活到美丽新世界的那一天,而不要在那之前就被自身的愚蠢所毁灭。

* 论述中所有假设均为斜体字内容。


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