初五迎財(cái)神，相信大家閑來(lái)都喜歡跑電影院，今年賀歲片可謂是強(qiáng)者林立。前有主打情懷的《新喜劇之王》，后有黃渤沈騰徐崢搭檔的爆笑大片《瘋狂的外星人》，還有小朋友們喜歡的《小豬佩奇過(guò)大年》……誰(shuí)能想到，一部號(hào)稱“硬核科幻”的中國(guó)科幻片《流浪地球》橫空出世，截至目前，豆瓣電影評(píng)分高達(dá)8.0，高居各大榜單票房榜首。
▲《流浪地球》劇照
《流浪地球》改編自中國(guó)科幻作家劉慈欣的同名小說(shuō)，講述的是太陽(yáng)即將毀滅，人類在地球表面安置巨大的推進(jìn)器，在茫茫宇宙中尋找新家園的生存之旅。作為一部生存災(zāi)難片，硬核科幻的《流浪地球》到底展示了什么樣的科學(xué)原理？我們一起來(lái)了解一下吧！
《流浪地球》的電影背景中，因?yàn)樘?yáng)極速老化，氦閃爆發(fā)在即，太陽(yáng)系已經(jīng)不適合人類的生存，故而全人類成為寄居蟹，預(yù)備帶著整個(gè)地球開啟“流浪”模式。
什么是太陽(yáng)氦閃？我們知道，19世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家通過(guò)分析太陽(yáng)光譜，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)中所蘊(yùn)含的元素：90%的氫，還有氦和少量較重的元素。太陽(yáng)表面像一大碗煮沸的粥，不停地冒著直徑近乎一千英里的泡泡，溫度高達(dá)6000℃。大規(guī)模的爆炸，會(huì)定期撕裂太陽(yáng)表面，在數(shù)秒鐘內(nèi)釋放相當(dāng)于十億顆原子彈的能量。
經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間發(fā)展，當(dāng)太陽(yáng)的氫氣燃燒殆盡后，它就會(huì)變成一顆紅巨星，失去燃料的核心將會(huì)收縮產(chǎn)生大量高熱，導(dǎo)致外層向太陽(yáng)系膨脹，內(nèi)側(cè)行星將會(huì)被吞噬，甚至連地球都難以幸免，這就是太陽(yáng)氦閃。
我的眼睛突然什么都看不見了，幾秒鐘后，視力漸漸恢復(fù)，冰原、海岸和岸上的人群又在眼前慢慢顯影，最后完全清晰了，而且比剛才更清晰，因?yàn)檫@世界現(xiàn)在籠罩在一片強(qiáng)烈的白光中，剛才我眼睛的失明正是由于這突然出現(xiàn)的強(qiáng)光的刺激。但星空沒有重現(xiàn)，所有的星光都被這強(qiáng)光所淹沒，仿佛整個(gè)宇宙都被強(qiáng)光溶化了，這強(qiáng)光從太空中的一點(diǎn)迸發(fā)出來(lái)，那一點(diǎn)現(xiàn)在成了宇宙中心，那一點(diǎn)就在我剛才盯著的方向。
太陽(yáng)氦閃爆發(fā)了。
為了讓我們的地球成功“流浪”，勢(shì)必要擺脫太陽(yáng)系的引力，靠什么呢？地球還是個(gè)龐然大物，半徑6371公里，重達(dá)59萬(wàn)億億噸。于是乎，人們想出了一個(gè)辦法，在地球上裝上了行星發(fā)動(dòng)機(jī)，它的能量來(lái)自“重元素聚變”。
1954年，第一個(gè)利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)可控核聚變的環(huán)形容器——托卡馬克裝置在蘇聯(lián)庫(kù)爾恰托夫原子能研究所建成。一直到現(xiàn)在，人類探索核聚變的努力仍在繼續(xù)，世界各國(guó)的總投入在持續(xù)增加，探索的步伐也將加快。不斷有新的托卡馬克聚變反應(yīng)堆研制成功，包括中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所研制的東方超環(huán)（EAST）。
▲東方超環(huán)（EAST）
在6000米處，我們見到了進(jìn)料口，一車車的大石塊倒進(jìn)那閃著幽幽紅光的大洞中，一點(diǎn)聲音都沒傳出來(lái)。我問(wèn)小星老師地球發(fā)動(dòng)機(jī)是如何把巖石做成燃料的。
“重元素聚變是一門很深的學(xué)問(wèn)，現(xiàn)在給你們還講不明白。你們只需要知道，地球發(fā)動(dòng)機(jī)是人類建造的力量最大的機(jī)器，比如我們所在的華北794號(hào)，全功率運(yùn)行時(shí)能向大地產(chǎn)生150億噸的推力?！?/em>
在電影中，末路的人類為自己選了一個(gè)新的家園——比鄰星（半人馬座三星）。哪怕人類造出了同樣龐大的行星發(fā)動(dòng)機(jī)，足以在5年左右將地球推進(jìn)到逃逸速度（脫離太陽(yáng)引力的最低速度）。
但這個(gè)速度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。比鄰星（半人馬座三星）距離地球4.3光年，如果按照逃逸速度航行，需要7.7萬(wàn)年才能抵達(dá)，這實(shí)在是太漫長(zhǎng)了！于是人類想到了借助木星的“引力彈弓”，令地球零消耗改變方向、提升速度，最后到達(dá)比鄰星。
航天中存在引力彈弓現(xiàn)象，利用它，可以令航天器零消耗低改變方向、提升速度，送達(dá)目標(biāo)軌道。引力彈弓一般發(fā)生在一對(duì)重量相差懸殊的天體之間。這里我們用木星（紅色球）和地球（藍(lán)色球）舉個(gè)例子，如圖a和圖b所示。
地球以速度V靠近木星，而木星在軌道上以速度U運(yùn)行↓↓↓
▲圖 a 引力彈弓的示意圖
足夠靠近后，地球被木星引力抓住，牽引，優(yōu)雅地轉(zhuǎn)體半周，然后像擲鐵餅?zāi)菢铀Τ鋈ァ?/span>
▲圖 b 引力彈弓的示意圖
感謝木星老哥的助攻，地球的速度和能量都增加了，并沒有消耗任何燃料，就奔著新家園去了。
這時(shí)，誰(shuí)都無(wú)法相信小小的地球能逃出這巨大怪物的引力場(chǎng)，從地面上看，地球甚至連成為木星的衛(wèi)星都不可能，我們就要掉進(jìn)那無(wú)邊云海覆蓋著的地獄中去了!但領(lǐng)航工程師們的計(jì)算是精確的，暗紅色的迷亂的天空在緩緩移動(dòng)著，不知過(guò)了多長(zhǎng)時(shí)間，西方的天邊露出了黑色的一角，那黑色迅速擴(kuò)大，其中有星星在閃爍，地球正在沖出木星的引力魔掌。
——摘自《流浪地球》
電影中地球借助木星的“引力彈弓”，一躍而過(guò)前往浩瀚的宇宙，其實(shí)這是非常兇險(xiǎn)的，這個(gè)兇險(xiǎn)可不單指電影中的3000座行星發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障。而是會(huì)導(dǎo)致地球活活撕裂的——洛希極限。
什么是洛希極限？當(dāng)?shù)厍颉傲骼恕钡侥拘歉浇?，此時(shí)，地球相當(dāng)于木星的一個(gè)衛(wèi)星。此時(shí)，地球就感受到了一個(gè)拉伸的力，也就是潮汐力。如果地球距離木星很近，地球感受到的潮汐力就會(huì)特別大，最后被潮汐力撕碎。
1994年前后，人類觀測(cè)到了一顆彗星因突破木星洛希極限而慘遭撕裂進(jìn)而葬身木星的“宇宙級(jí)交通事故”。這顆名叫“蘇梅克—列維9”的彗星是第一顆被發(fā)現(xiàn)的圍繞行星運(yùn)行的彗星，1993年發(fā)現(xiàn)時(shí)也許已經(jīng)被木星捕獲了20至30年左右了。計(jì)算表明，“蘇梅克—列維9”在木星洛希極限距離內(nèi)通過(guò)，于是木星的潮汐力把該彗星撕裂。后來(lái)這顆彗星成為了一系列直徑在2公里之內(nèi)的碎片。
▲“蘇梅克—列維9”彗星的碎片
三個(gè)太陽(yáng)對(duì)行星產(chǎn)生的潮汐力均超過(guò)洛希極限，第一顆太陽(yáng)撼動(dòng)了行星最深層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，第二顆太陽(yáng)在行星上撕開了直通地核的大裂縫，第三顆太陽(yáng)將行星撕成了兩半……當(dāng)行星被撕裂后，形狀不規(guī)則的兩部分在自身引力下重新變成球形，灼熱致密的行星核心物質(zhì)涌上地面，海洋在巖漿上沸騰，大陸如消融的流冰般漂浮，它們相撞后，大地變得像海洋般柔軟，幾萬(wàn)米的巨大山脈可以在一個(gè)小時(shí)內(nèi)升起，又在同樣短的時(shí)間內(nèi)消失。在一段時(shí)間內(nèi)，行星被撕開的兩部分藕斷絲連，它們之間有一條橫穿太空的巖漿河流，這些巖漿在太空中冷卻，在行星周圍形成了一個(gè)環(huán)，但由于行星兩部分的引力擾動(dòng)，環(huán)不穩(wěn)定，構(gòu)成它的巖石紛紛墜落，使世界處于長(zhǎng)達(dá)幾世紀(jì)的隕石雨中……
——摘自《三體》
電影的結(jié)局，主角一行人成功地引爆了木星氫氧混合的氣團(tuán)，運(yùn)用“引力彈弓”走向未來(lái)的家園，地球徹底進(jìn)入“流浪時(shí)代”。那么，未來(lái)太陽(yáng)走向衰竭，還要多久？我們真的會(huì)走向流浪嗎？第一個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家早已做出了解答。
研究計(jì)算表明，目前太陽(yáng)的核反應(yīng)速率大概比太陽(yáng)剛成為主序恒星時(shí)大30%，而在55億年后，不斷加快的太陽(yáng)核反應(yīng)速率使得當(dāng)時(shí)太陽(yáng)輻射出的能量約已經(jīng)是現(xiàn)在的2倍。
在如此劇烈的輻射照耀下，地球表面的溫度將超過(guò)3百多攝氏度。以當(dāng)前的認(rèn)識(shí)，在這種環(huán)境下包括人類在內(nèi)的生物體都是無(wú)法生存的。除非當(dāng)時(shí)的人們研發(fā)出了能夠遮擋太陽(yáng)劇烈輻射的裝置，否則就不得不踏上流浪之旅了。
因此，珍惜我們的地球吧，它處在太陽(yáng)周圍的宜居帶里，可以允許液態(tài)水穩(wěn)定的存在，較強(qiáng)的地磁場(chǎng)屏蔽了太陽(yáng)高能粒子的侵襲，大氣層的密度和成分能夠有效的調(diào)節(jié)溫度，浩瀚宇宙，何德何能，誕生出我們這顆偉大的藍(lán)色星球。
我好像看到半人馬座三顆金色的太陽(yáng)在地平線上依次升起，萬(wàn)物沐浴在它溫暖的光芒中。固態(tài)的空氣融化了，變成了碧藍(lán)的天。兩千多年前的種子從解凍的土層中復(fù)蘇，大地綠了。我看到我的第一百代孫子孫女們?cè)诰G色的草原上歡笑，草原上有清澈的小溪，溪中有銀色的小魚……我看到了加代子，她從綠色的大地上向我跑來(lái)，年輕美麗，像個(gè)天使……
啊，地球，我的流浪地球……
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