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作者：王启儒
校对：牧夫天文校对组
后台：董腾晨 库特莉亚芙卡 李子琦
责任编辑：毛明远
浩瀚的银河系中，数以千亿计的恒星在无时无刻地围绕着银河系中心旋转。天体间的相对运动非常复杂，比如，恒星之间能以每秒几百千米的相对速度运动，我们太阳系的“邻居”也随着恒星间的运动一直在变化。天体之间空旷的空间，成为了我们远离危险的主要原因。然而，危险无处不在：遭遇超新星爆发、小行星撞击……好消息是，天文学家可以预测到此类事件的发生，接下来的工作就是想办法消除威胁。这里不妨做一个大胆的设想：在危险到来之前，给整个太阳系搬个家。仅仅是开个脑洞，天文迷的遐想，可千万别当真！
超新星爆发所释放的能量可以与太阳终其一生释放的能量总和相当，爆发时可以将其大部分甚至几乎所有物质以高至十分之一光速的速度向外抛散。超新星爆发过程中释放出大量的高能射线，这些射线对于生命体来说本身就及其危险，而且它们可以引发地球大气层物质化学反应——比如把氮分子转化成氧化氮，氧化氮又与臭氧发生反应，由此消耗掉地球生命的保护伞——臭氧层。它对地球生命的伤害取决于爆发的强度和距离。
著名的超新星遗迹蟹状星云，赫歇尔太空望远镜和哈勃太空望远镜合成影像
Credits：JPL
在刘慈欣的知名著作《流浪地球》中，地球通过行星发动机逃离即将终结的太阳。但想要完成给太阳系搬家之类的壮举，首先我们需要的是恒星发动机，而地球的质量相较于太阳或整个太阳系来说微乎及微，因此恒星发动机的能量相较于行星发动机来说是一个新的量级。这里或许有人会问：“给太阳系搬家，是不是要兼顾到太阳系内的每一个天体，给它们都安上一台发动机呢？”答案是否定的，在引力场的作用下，我们只需要移动太阳，系内所有天体都将被引力拖曳着一同前进。但整个过程中，太阳系内天体的相对运动状态也会受到影响。
关于恒星发动机的设想五花八门，文中选取了两种设想：什卡多夫（Shkadov）和卡普兰（Caplan）推进器。
什卡多夫推进器艺术概念图
Credits：Stellar Engines_ Design Considerations for Maximizing Acceleration
什卡多夫推进器，外观看起来就像是一面巨大的镜子，它将太阳向外辐射的光子所携带的动能汇聚起来，利用动量守恒反推太阳移动（即光帆推进原理），虽然它的加速度不高，但伴随着时间推移，太阳系移动的速度会越来越快。为了让什卡多夫推进器工作，它必须保持在一个相对固定的位置，不会绕太阳旋转，并且使受到的太阳引力与太阳辐射力平衡。这就要求镜子非常轻便，比如微米级的薄反射箔。同时，镜子的形状也很重要，巨型球壳包裹太阳的方案并不可行，因为这样会将汇聚的光线重新射向太阳。而采用抛物面镜，控制好弧度，聚合太阳周围的光线并以相同的方向射出，达到推力最大化。此外，为了避免影响到地球，什卡多夫推进器的位置只能选取垂直于太阳系平面。因此它的缺点也很明显：太阳在空间中的移动方向有限，限制了我们的旅行计划。什卡多夫推进器理论上可以使太阳系在2.3亿年内移动100光年，但是如此长的时间跨度并不能帮助我们躲避致命的超新星爆发。
什卡多夫推进器艺术概念图
Credits：Stellar Engines_ Design Considerations for Maximizing Acceleration
卡普兰（Caplan）推进器的工作原理与传统火箭发动机类似，然而与后者不同的是，它是一个巨大的空间站平台，通过戴森群（Dyson swarm）收集的能量进行核聚变反应，喷射出极高速（光速的1%）粒子流。卡普兰推进器需要大量的能量，为了有效地从太阳收集能量，推进器将使用非常大的电磁场从太阳风中抽取氢和氦供给引擎。
卡普兰推进器艺术概念图
Credits：Stellar Engines_ Design Considerations for Maximizing Acceleration
单靠太阳风是不能提供足够的能量，所以我们需要建造戴森群，将太阳光重新汇聚到太阳表面，在很小的区域加热至极高的温度，这时我们再通过巨大的电磁场从中抽取能量。在卡普兰推进器的内腔，氦以热核聚变的方式燃烧，产生的氧射流以接近百万度的温度喷出，变为恒星发动机的主要推力来源。与什卡多夫推进器一样，为了避免恒星发动机坠入太阳，需要将利用电磁场加速收集到的氢，用粒子加速器向太阳发射，达到引力和推力上的平衡。只需要短短的几百万年，卡普兰推进器便可将太阳系移动五十光年，可以的效率可以让我们躲避危险的超新星爆发。在最大推力下，甚至一千万年内就可让太阳系在银河系中转向。在卡普兰推进器的推动下，我们可以把整个太阳系变成太空船，帮助我们实现太空移民甚至离开银河系去往新家园。
卡普兰推进器原理概念图
Credits：Universe Today
太阳终将老去，恒星发动机的初衷并非让我们的子孙在星际空间的深渊中冒险，而是在其帮助下完成星际旅行，寻找新家园。或许我们的后裔会扬帆起航，并在接下来的百万千万年中成为一个全新的星际物种。
卡普兰推进器艺术概念图
Credits：Stellar Engines_ Design Considerations for Maximizing Acceleration
读者可能会提出看完《流浪地球》后类似的质疑：带着太阳系飞，这样高效吗？其实这归根到底还是我们的能力问题！
参考文献：
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『天文湿刻』 牧夫出品
卡普兰推进器实现“星际旅行”的艺术概念图
Credits：Universe Today
