《流浪地球》你需要知道的硬核科学梗

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人类能让地球停止转动吗?


  在“流浪地球计划”中,第一步就是让地球停止转动,这是影片旁白中提及的内容。但是,地球停止转动真的可以实现吗?
  我们先做一个简单的对比,来了解地球的转动能量有多巨大。历史上人类曾经实验过的释放能量最强的大伊万氢弹,释放的能量差不多是5000万TNT当量,也就是2.1E17焦耳。然而这与地球的转动能量相比,还是小巫见大巫。地球的转动能是2.24E29焦耳,大约相当于1万亿个大伊万氢弹同时爆炸。
地球示意图。

  按照电影所说,每个行星发动机通过重核聚变能够产生150万亿吨的推力(实际上要想产生这么高的推力是做不到的),将此应用到地球质量上,我们会得出加速度大约是0.00000025 m/s2,地球在赤道附近的转动速度大约460 m/s。对于一个发动机而言,如果能持续不断地产生反推力,也需要21857天(大约60年)才能够让地球停止转动。
  影片中,1万台行星发动机当中有一部分是位于赤道之上用于减速的,如果这部分发动机可以达到100台左右的话,那么就可以在相对很短的时间里停止地球转动。当然,前提是要求这些发动机持续不断运转,并且提供相同的反推力。更大的问题是,如果每台行星发动机真能够产生这么大的推力,地壳也会因承受不住而被撕裂。
  总体而言,带着地球去流浪,并不是一场说走就走的旅行。对于人类来说,让地球停止转动几乎是不可能的事。

地球停转后会发生什么?

电影《流浪地球》中的行星发动机。

  地球一旦停止转动,几乎所有大陆都会被海洋淹没。原因很简单,地球转动时,因为离心力的作用,作为液态的海洋会朝向赤道附近聚集,所以一旦地球停止转动,这些水会向两极流动,从而造成大陆被淹没。
  值得注意的是,此时赤道附近的唯一大陆,也是充满危险的。在地球转动时,同样因为离心力的作用,赤道地壳会显得更为突出,然而停转时,赤道附近很可能出现板块坍缩,从而引发全球地震或海啸。电影中展现了被冰封但保存完整的世界,实际上地上的行星发动机很难保存,地下城也可能毁于一旦。

引力弹弓是怎么回事儿?


  木星引力是如此之强,为何地球不躲着木星行驶?电影中,联合政府本来想通过一種叫引力弹弓(gravitational slingshot)的效应,使木星对地球进行加速,没想到部分行星发动机失效,导致地球被木星吸引,引发了后续的灾难。
  引力弹弓效应在探测器飞行中被广泛使用,通常被当做一种节省能源的加速方式。“旅行者一号”就是利用木星和土星两次引力加速,才得以逃出太阳系。该效应原理简单,因为行星本身也在围绕太阳转动,所以当行星吸引探测器或其他天体时,就赋予了它们一部分速度,当它们逃离时,就相当于被加速了。

“旅行者一号”探测器。

刚体洛希极限是什么?

电影《流浪地球》中的“领航者”号空间站。

  电影中出现了一个烧脑名词:刚体洛希极限。简单来说,就是一个类似地球的岩质天体被木星的潮汐力撕碎的极限半径。可以想象,一旦越过洛希极限,地球会被粉碎,人类无一生存,“流浪地球计划”随之破灭。这也是为什么电影中联合政府看到地球即将跨过洛希极限点时,打算放弃地球,只保留太空站,让太空站成为人类文明存续的诺亚方舟。
  不过,我们计算过木星和地球系统的刚体洛希极限点,结果发现这个半径比木星的半径还要小,所以地球撕裂现象并不会发生。

木星可能被点燃吗?


  木星大红斑中的氢可能被点燃吗?木星的气体冲击波真能将地球推走吗?答案就是:这两个情形都不太可能发生。
  如果要想让大红斑中的氢燃烧,需要地球有充分的氧气混合。即使包含有氧气的地球大气吸积到木星表面,因为时间很短,也不会和氢气均匀混合,所以产生大规模燃烧的可能性非常小。假若燃烧可以发生爆炸,产生非常强的冲击波,也不太可能对地球本身产生极大的影响。

木星示意图。

比邻星是不是流浪地球的好归宿?


  逃离木星仅仅是“流浪地球计划”万里征途中的小插曲。在前往比邻星的路途中,地球还有很长的距离要“流浪”。木星轨道外,除了有包含冥王星的小行星带(俗称柯伊伯带),最外层还有球形奥尔特星云。因此地球如何避免被小行星碰撞,也是一个难题。(编者注:有意思的是,“流浪地球计划”的终点比邻星,就是《三体》中三体人的母星。)
  另外科学家研究发现,比邻星周围并不适合生命居住。比邻星的质量只有太阳质量的1/7,所以适合生命发展的宜居区距离中心恒星很近,剧烈的爆发有可能会将存在的生命杀死。
一颗小型岩石行星围绕比邻星运行的示意图。

  无论如何,地球的流浪之路会非常艰辛曲折。不过人类面临危机时,将地球当做飞船移走,是一个非常大胆且富有想象力的方法。电影作为一门艺术,不应完全是生活或科学的再现。所以我觉得,尽管《流浪地球》中有一些不合科学常理的设想,但是依旧值得我们为之鼓掌。
  科学是人类进步的动力,而想象则为人类进步指明了方向。
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