想看懂《流浪地球》太空知识了解一下?
发表时间:2019-02-20 来源:北京青年报
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地球洛希极限轨道运行示意图

 

  ◎加加刘

  作为中国第一部硬科幻电影,《流浪地球》公映之后口碑可谓是一度炸裂朋友圈。本部改编自刘慈欣同名小说的影片,除了用行星发动机推动地球离开太阳系这个设定之外,几乎一切都是新的,可以说这是一部建造在《流浪地球》世界观体系下的新故事。以至于,就算是一些原著党看了也会觉得新奇,更别说普通观众了。很多人看完这部片子之后,发现由于对电影中的背景知识不甚了解,导致需要“二刷”、“三刷”才能弄明白其中的逻辑。那么,今天就跟本航天宅一起来了解一下《流浪地球》中的关键知识点。

 

  起 因

  红巨星:三四十亿年后,太阳将由青壮年进入老年期。老年期的太阳会变为一颗红巨星,巨星的显著特点就是体积大、光度强、不稳定。变为红巨星的太阳会覆盖半个太阳系,这时候别说离太阳最近的水星、金星和地球,就连火、木、土星可能都无法幸免。下图左侧的小点是现今的太阳,而图右侧是红巨星时的太阳。不幸的是,地球作为一个绕着太阳转的行星,会陪着太阳经历这个变大、变热的过程,直到被太阳吞没。

  太阳氦闪:太阳氦闪就是发生在红巨星阶段的失控氦融合过程中的所谓不稳定现象,通常发生在2倍及以下太阳质量的低质量恒星的核心。青壮年时的太阳靠氢核聚变带来的能量维持着自身形态,当氢原料被用完时,内核将开始收缩,这会导致核心温度进一步升高。当温度高达1亿摄氏度后,就会发生氦核反应从而爆发出数以亿倍的巨大能量。即使那时的地球还没有被太阳吞没,氦闪之后,地球表面也会顷刻化为一片火海。

 

  经 过

  逃离太阳系:不论是太阳的老龄化,还是氦闪的发生,对于太阳系内的人类生命的威胁都是毁灭性的,地球大气会被吹散,太阳风高能粒子直接撞击到地球表面,人类唯一的出路就是逃离太阳系。要想逃离太阳系,这里就不得不说说三大宇宙速度,第一宇宙速度是7.9km/s,大于这个速度即可进入绕地轨道;第二宇宙速度为11.2km/s ,是物体完全摆脱地球引力束缚,飞离地球所需要的最小初始速度;第三宇宙速度为16.7km/s,是摆脱太阳引力束缚,飞出太阳系所需的最小初始速度。电影中刘慈欣一手打造了“逃离太阳系”计划,也就是“刹车、逃逸、加速、减速、新太阳时代”五个步骤。而这个“搬家计划”是通过一种核聚变行星发动机的装置实现的。

  行星发动机:这是“流浪地球计划”中设计的推动地球逃离太阳系的重要“工具”。电影中全世界人类通力合作,建造了12000多台高达11000米的行星发动机,它们主要分布在亚洲和美洲,通过利用重元素聚变获得能量。

  其实,在地球上建造行星发动机的想法还是比较异想天开的,这些高11000米的发动机还在地球大气层以内,因此设想每当发动机启动,大量的大气层气体被发动机等离子体光柱推出大气层外,从而导致地球上大气越来越稀薄了。影片中描述地球表面变极低温度已经十几年,想必光合作用早已停止。在这些年里地球那么多发动机消耗,还要供35亿人日常生活,大气层的氧气只销不产,还能有足够的氧气点燃木星吗?

  更何况体积巨大的行星发动机对地球结构的压力也会特别大,地壳的厚度平均才几十公里,根本承受不了这样的力量和震动,一台就有可能引发地震、板块断裂现象,1万多台这样的发动机那还了得。所以这样的行星发动机未必能推走地球,而是一旦启动就有可能引发巨大灾难。

  再者说,行星发动机的存在及建造可行性本身就是个问题。

  木星引力:木星的引力比地球强2.5倍,因为体积太大,能够牵引太阳系包括地球在内的其他行星。《流浪地球》中就是要利用木星的引力将地球吸过去,只要角度合适且飞得足够快,就能得到木星的加速力,从而将地球甩向外太空。

  引力弹弓:这是利用行星的重力场来给太空探测船加速,也就是把行星当作“引力助推器”。影片中将木星作为“地球”的助推器,只要交汇时地球自身速度够快,角度合适,地球将在交汇分离之后获得足够加速度,从太阳系逃逸。目前,有很多航天器通过这种引力助推方式到达了飞行目标。如1974年,水手10号借助金星的引力助推减速之后到达了水星;旅行者1号在经过木星和土星时通过引力助推获得了足以完全摆脱太阳引力的动能,目前位于太阳系和星际空间之间的边缘带。

  洛希极限:指当行星与卫星距离近到一定程度时,潮汐作用就会使天体本身解体分散。以电影中的地球和木星为例,当地球与木星之间的距离为洛希极限时,地球自身的重力就会与木星造成的潮汐力相等,而如果继续靠近,地球本身就会解体,从而成为木星的环。我们现在看到的土星环就是这样形成的。

  引力捕获:行星A被行星B的引力捕获后,若距离大于洛希极限,会绕其旋转成为其卫星(月球是被地球捕获的卫星),一旦行星B引力过大,捕获后行星AB间距离小于洛希极限,行星A就会倾向碎散。影片设定接近木星时其磁场和辐射导致发动机故障熄火地球自身速度减慢,被木星引力捕获,即使动力很快恢复,由于木星引力过大,地木距离将越过洛希极限。在此危急时刻,主人公想出了点燃木星风暴中的氢气,使其爆炸产生的冲击波将地球加速超出第三宇宙速度,逃出太阳系,理论上讲完全有可能。

 

  结 局

  除去高大上的科学外衣,这就是一部中二天才少年看透真相拯救地球的末日灾难电影。电影中,通过主角团小分队的努力,最终地球再次得以继续逃离太阳系的远征。

  尽管电影团队前期对宇宙、航天、重型机械等视觉呈现做了大量的工作,但在技术逻辑上还有很多尬点,比如木星引力为何会突然增强?木星爆炸到底是把地球推开还是把地球炸碎?一场足以推动地球的冲击波为何只是一场流星雨,在地表的男主居然可以毫发无损?

  但是瑕不掩瑜,我愿意说这是一部好看的电影,且不得不承认它也是一部商业成功的电影。以严谨的科学原理作为基础,以多学科的技术预测为导引,开启了大众特别是孩子的想象力和求知欲。

(责任编辑:赵丹阳)

网站编辑:唐明涛

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