为什么流浪?比特效更牛的是科学


        为什么要“流浪”?
        影片的故事背景是这样的:太阳急速老化,不断膨胀,太阳系已经不适合人类生存,于是人类为自己选了一个新的家园——比邻星(半人马座三星)。
        地球是个庞然大物,但人类造出了同样庞大的行星发动机,足以在5年左右将地球推进到逃逸速度(脱离太阳引力的最低速度)。但这个速度还远远不够。比邻星(半人马座三星)距离地球4.3光年。如果按照逃逸速度航行,需要7.7万年才能抵达,这实在太漫长。即使行星发动机继续加速,达到光速的百分之一仍然不可行,这是因为行星发动机的能量来自重元素聚变。
        重元素聚变有什么限制?
        重元素聚变并不稀奇,在宇宙深处有不少恒星“巨无霸”,内部就在进行着重元素聚变。
        重元素聚变的质能转换效率是相当低的。最乐观估计,地球要达到逃逸速度,也必须烧掉7亿亿吨石头,这相当于把全球的地面挖掉40米作为燃料;要达到光速的百分之一,则必须削去地壳的一半。
        如果无法靠自己的力量推动地球,那就借助精巧的轨道计算,利用天文尺度的力量——万有引力。于是人类想到了借助木星的“引力弹弓”,令地球零消耗改变方向、提升速度,最后到达比邻星。这就是电影前半段上演的。
        科幻小说中,经常会提到解决能源问题的终极手段——聚变。在电影《流浪地球》中,为了推动地球离开太阳系,人类在地球上建造了上万座高耸入云的重元素聚变发动机,单个发动机通过重元素聚变能够产生150万亿吨的推力。
        目前人类已经实现的聚变是氢弹,它利用氢同位素聚变释放出能量,有巨大的威力。但氢弹的能量是爆炸式释放,目前人类还不能实现可控核聚变,即让聚变产生的能量平稳输出,一些相关装置还处于实验阶段。
        电影中,行星发动机的燃料不是氢,而是石头。这不是说把石头烧成石灰,而是石头中的重元素发生聚变,从而释放出巨大的能量,推动地球飞出太阳系。这当然只是电影的想象。不过,所谓重元素聚变并不是空想。
        在未来,人类如果能够掌握从重元素聚变中稳定获取能量的技术,或许真能够彻底解决能源问题。
        靠近木星时,行星发动机大批熄火
        影片中,当地球靠近木星时,人类突然遭遇了巨大危机:数千台行星发动机故障熄火了,全球地震,火山爆发,岩浆吞没了地下城……
        为什么几千台发动机会同时熄火呢?为什么地震、火山都赶在这个时候来凑热闹呢?这一切灾难的根源是“洛希极限”,简单说就是地球离木星太近了。太近会发生什么呢?
        超过“洛希极限”会发生什么呢?
        “洛希极限”(Roche limit)是天文学中的一个特殊的距离。当两个天体的距离少于洛希极限时,它们就倾向于被“潮汐力”撕碎。
        计算表明,地球和木星的距离如果低于10.3万公里,那么大气就会在潮汐力的作用下脱离地球;如果距离低于7.44万公里,那整个地球都会被撕碎。
        潮汐力有多可怕,我们拿一个茶壶和茶杯举例子:我们在杯壁顶部倒一些水,让它在重力作用下向着杯底滑落。越靠近杯底,水滴会越拉越长,最后被拉扯到了撕裂的极限。这个极限就可以被认为是这个茶杯对水滴的“洛希极限”。
        木星的引力场,实际上就是这样一个“茶杯”。地球尺寸很大,当它靠近木星时,离木星较近一侧受到的引力,将比较远一侧大得多,因此会像水滴一样被逐渐撕裂。《流浪地球》电影中,地球已经到达了地木“流体洛希极限”(地木距离10.3万公里)。在此处,液体和气体不再能被地球引力束缚,而倾向于逃逸;而岩石还勉强能凭借自身的硬度坚持一会儿。
        可以想象《流浪地球》中,人类面临的是怎样的绝望了。太靠近木星不行,那样会被潮汐力撕碎;太远离木星也不行,那样无法借助引力弹弓变轨……
        地球与木星之间的洛希极限是科学上可计算的,但让地球靠近木星到如此近的程度,还只能算是幻想。那电影中为什么要靠这么近呢?依照电影中的计划,人类原本想要利用木星的“引力弹弓效应”,如果离得太远的话,就不能“借”到足够的力,达不到冲出太阳系的速度。太近不行,太远也不行,这个问题需要科学家精确的计算,也给了影视作品发挥的空间。   据新华社电
        其他硬核知识
        【氦闪是什么】
        故事的框架建立在科学家们发现太阳老化后,人们通过各种数据得出太阳短时间内会产生巨变,形成氦闪。
        同太阳一般的中等质量恒星,都属于恒星赫罗图中的黄矮星。在太阳将要死亡的时候,它会变成一个红色超巨星,在期间还有一次氦闪现象。这是一种剧烈的恒星爆炸所产生的事件,太阳中的氢转化为氦的速度加快,这一过程会产生大量的辐射能,致使太阳内部的温度越来越高,一旦温度达到一亿开尔文,聚集在太阳核心的氦元素会发生核聚变,这爆炸产生的能量能够瞬间毁灭整个地球的生命和生态环境,这种情况下即便是有生物能够幸存也会因为无法适应环境而死亡。在晚年时候的太阳有序内部的燃料氢元素变得越来越少,核聚变反应之后的产物氦元素越来越多,每次经过15~35亿年,太阳才会发生一次氦闪现象。
        太阳氦闪爆发之后,会进入剧烈的暴涨阶段,氦元素进一步聚变成锂元素,再进一步聚变成铍元素、硼元素,碳元素和氧元素等层层递进,在整个红巨星期间,太阳的体积会膨胀五千万甚至上亿倍,届时它的巨大体积将吞并水星、金星和地球的轨道,并且迫近火星轨道,毫无疑问,这个时候的地球如果还在如今的轨道上的话,它将会被太阳吞并,成为太阳的一部分。
        【宇宙中的“流浪星球”】
        世界上有一只最孤独的鲸鱼叫Alice,它的声音频率高达52赫兹,而正常的鲸鱼声音频率都在15到25赫兹之间,它拼命想要与其他鲸鱼交流,却没有任何同类能听得到。在宇宙中,也有一群与Alice相似的星体,它们就是孤独的“流浪星球”。
        天文学中对于流浪星球的定义是这样的:在其周围十个天文单位(一个天文单位为地球到太阳之间的平均距离)之内都没有发现能作为其旋转中心的恒星的星球。流浪行星虽有着行星的质量,却不围绕任何恒星进行公转,它们受其他星体的集体排斥,被无情地抛出原本围绕的恒星,就像被人遗弃的孩子,流落在外。   据《钱江晚报》报道
        
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