《流浪地球》里的趣味科學(xué)
2019-12-16 06:50:12茍利軍黃月
37°女人 2019年9期
茍利軍 黃月
電影《流浪地球》憑借宏大離奇的背景設(shè)定、精彩絕倫的視覺(jué)沖擊，“大張旗鼓”地俘獲了眾多觀眾的心。作為一部硬科幻電影，《流浪地球》涉及不少科學(xué)知識(shí)，接下來(lái)我們就來(lái)聊聊電影中那幾個(gè)有趣的科學(xué)故事吧。
太陽(yáng)什么時(shí)候會(huì)滅亡
占有太陽(yáng)系總體質(zhì)量99.86%的太陽(yáng)，誕生于大約45億年前的一次星云坍縮。太陽(yáng)是一顆黃矮星，它釋放的能量來(lái)源于其中心氫氣的聚核反應(yīng)，如同大量氫彈在內(nèi)部不斷爆炸。黃矮星的這種聚核反應(yīng)大約能持續(xù)約100億年，由此推測(cè)，太陽(yáng)大約還能再燃燒55億年左右。
而在《流浪地球》中，科學(xué)家觀測(cè)到太陽(yáng)即將進(jìn)入紅巨星膨脹階段，紅巨星階段的太陽(yáng)極不穩(wěn)定，會(huì)淹沒(méi)太陽(yáng)系里的所有行星。不過(guò)據(jù)科學(xué)家研究推測(cè)，紅巨星是太陽(yáng)燃燒到后期才會(huì)經(jīng)歷的發(fā)展過(guò)程，離我們還很遙遠(yuǎn)。
不過(guò)，據(jù)人類(lèi)學(xué)家估算，由于地球自身的環(huán)境也在發(fā)生各種變化，因而人類(lèi)在地球上還可以存在大約200萬(wàn)年;物理學(xué)家霍金則認(rèn)為由于人類(lèi)濫用地球資源，所以可能幾百年后，地球就不再適宜居住了。
人類(lèi)是否能夠讓地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)
電影里提及，由于人類(lèi)要讓地球始終朝某個(gè)方向持續(xù)飛行，所以“流浪地球”計(jì)劃的第一步是先讓地球停止自轉(zhuǎn)。現(xiàn)實(shí)中，我們真的能讓地球不再轉(zhuǎn)動(dòng)嗎？
地球的轉(zhuǎn)動(dòng)能量為2.24×10^29焦耳，這個(gè)能量是很驚人的。我們來(lái)對(duì)比一下，歷史上試驗(yàn)過(guò)的氫彈中，釋放能量最強(qiáng)大的當(dāng)屬大伊萬(wàn)氫彈，其爆炸時(shí)釋放了5000萬(wàn)TNT當(dāng)量，也就是2.1×10^17焦耳。而地球的轉(zhuǎn)動(dòng)能量就相當(dāng)于約1萬(wàn)億個(gè)大伊萬(wàn)氫彈同時(shí)爆炸。
在《流浪地球》電影里，每個(gè)行星發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)重核聚變產(chǎn)生的推力為150萬(wàn)億噸，這樣一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在赤道上持續(xù)產(chǎn)生反推力，需要21857天，也就是60年左右，才能讓地球停止自轉(zhuǎn)。若是赤道上共計(jì)有100個(gè)以上這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)，理論上就可以在較短的時(shí)間內(nèi)讓地球停止自轉(zhuǎn)。
一旦地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將會(huì)發(fā)生什么
影片中提到，地球?qū)崿F(xiàn)停止自轉(zhuǎn)后，不可避免地發(fā)生了全球性的巨大災(zāi)難，導(dǎo)致人類(lèi)數(shù)量大幅度削減，這是很真實(shí)的科幻預(yù)測(cè)。地球停止自轉(zhuǎn)最直接的后果，就是陸地的大量消失。
地球在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于離心力作用，液態(tài)的海水會(huì)向赤道附近聚集，使得赤道附近儲(chǔ)備了大量的海水。假如地球真的停止自轉(zhuǎn)，離心力消失，赤道附近的海水將向地球的兩極流動(dòng)，屆時(shí)大陸將被淹沒(méi)，地球?qū)⒊蔀橐活w藍(lán)色的大水球，只剩赤道附近的一圈超級(jí)大陸尚且凸顯在地表。
而這塊位于赤道上的唯一大陸，也不是絕對(duì)安全的。因?yàn)樵诘厍蜃赞D(zhuǎn)時(shí)，同樣由于離心力作用，地球的赤道地殼相較其他區(qū)域也會(huì)更突出一些;假如停止自轉(zhuǎn)，赤道附近失去了離心力，這塊僅存大陸的版塊也將坍縮，引發(fā)一系列的全球性海嘯和地震。
當(dāng)?shù)厍蛲Ｖ棺赞D(zhuǎn)，地表也就不適合人類(lèi)生存了，所以在電影里，人類(lèi)大都移居到地下生活。
為什么流浪地球要駛?cè)肽拘侵車(chē)?/h3>
整部電影講述了人類(lèi)在完成地球停轉(zhuǎn)初級(jí)階段后，進(jìn)入旅行階段初期發(fā)生的一次危機(jī)，這次危機(jī)源于地球不小心突破了木星的“剛體洛希極限”，差點(diǎn)和木星發(fā)生了撞擊。
有的朋友可能覺(jué)得奇怪，既然科學(xué)家已經(jīng)設(shè)定好了地球的推進(jìn)路線，為什么不能避開(kāi)木星，卻非要飛得離它很近，導(dǎo)致差點(diǎn)撞上去呢？其實(shí)，聯(lián)合政府的科學(xué)家是故意讓地球飛向木星，因?yàn)樵蹅円谀拘堑膸椭虏拍茼樌疤优堋薄?/p>
現(xiàn)實(shí)中，美國(guó)宇航局研制的無(wú)人探測(cè)器“旅行者一號(hào)”，在飛離太陽(yáng)系前往深空探險(xiǎn)的時(shí)候，為了節(jié)省能源，借助了一種叫做“引力彈弓”的效應(yīng)，利用木星和土星的兩次引力加速，逃離了太陽(yáng)系。
“引力彈弓”的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，由于木星或土星等行星本身也在圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以當(dāng)它們吸引探測(cè)器或其他天體的同時(shí)，也賦予了這些探測(cè)器或天體一部分速度，當(dāng)探測(cè)器或者其它天體逃離出去的時(shí)候，就相當(dāng)于被加速了。所以當(dāng)?shù)厍蜃鳛橐粋€(gè)天體，飛向木星并從木星周?chē)与x的時(shí)候，其逃離速度就是原先飛向木星的速度和木星圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)速度的疊加。
據(jù)聯(lián)合政府科學(xué)家計(jì)算得出，地球正是需要這樣的疊加速度，才能達(dá)到駛離太陽(yáng)系所需的逃逸速度?？梢?jiàn)，讓地球飛向木星借力是何等明智的壯舉，能為全人類(lèi)節(jié)省無(wú)比龐大可觀的資源，只不過(guò)地球上的行星發(fā)動(dòng)機(jī)臨時(shí)發(fā)生了故障，才導(dǎo)致“突破洛希極限”這一意外的發(fā)生。
（摘自《奧秘》2019年5期）
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