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硬科幻里隐藏的科学奥秘 

 

◆张黎

春节档电影票房大战中,《流浪地球》的口碑炸裂,在国内外引起广泛关注。这部影片是根据刘慈欣的同名科幻小说《流浪地球》改编,讲述了太阳濒临死亡,即将进入红巨星的膨胀阶段,地球将被膨胀的太阳大气所淹没。在生死攸关的时刻,人类联合政府做出了一项决定,将地球作为一个庞大的飞船驶离现有轨道,驶向距离我们4.2光年的比邻星。

尽管电影科幻色彩浓厚,但其中也涉及不少天文科学知识,不妨一起来涨知识!

我们能让地球停止转动吗?

在电影中,“流浪地球计划”中的第一步就是首先让地球停止转动。

从网络上搜索可以查询到,地球的转动能是2.24E29焦耳,这个能量非常的巨大。历史上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,或是2.1E17焦耳,然而相比较地球的转动能量,还是小巫见大巫,大约相当于1万亿(1E12)个大伊万的氢弹同时爆炸。

或许在不远的未来,人类如果能够熟练掌握了重核聚变能力的话,产生能量的能力将极大提高。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,而现在的航天飞机的推力大约在2000万牛顿,也就是未来的推力大约是现在推力的100亿倍。

让我们来利用这个推力估算一下应用到地球质量上,计算得出的加速度是0.000000025 米/秒2。而赤道附近的转动速度大约是每秒460米。对于一个发动机而言,如果能够持续不断的产生反推力,那么也需要大约600年才能够让地球停止。这个难度可是非常高,对于地球人类来说,几乎是不太可能做到的事情。

停止转动,地球会发生什么?

中国科学院大学天文学教授苟利军撰文指出,当地球停止转动,那么目前地球上几乎所有的大陆都会被海洋所淹没。因为离心力的缘故,作为液态的海洋会朝向赤道附近聚集,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。

同时,会引发一系列的全球地震或者海啸。城市很难保持完整,不仅在地面上修建的那些行星发动机很难存在,且居住在地下也是非常困难的。

因为没有了转动,所以地球将会有固定的一面朝向太阳,另外一面将一直处于黑夜当中,就仿佛我们在南北极所经历的极昼或极夜那样。尽管有地球大气的存在,但是远离太阳的一面,还是会因为长期得不到太阳的照射,而导致温度变低,不适合生命的存在。

如果地球自转停止,地球磁场有可能会突然消失。没有了磁场,太阳风能够不受任何阻碍,长驱直入进入地球大气,地球大气有可能逐渐损失掉。

在电影中,展现了一个被冰雪封冻但保存完整的世界。但如果我们能够让地球逐渐停止转动,那么其实在这个过程当中,地球已经就发生了巨大的变化,城市建筑早已经在地壳的变化过程中不复存在,完全不是电影当中所展现的那样。

“引力弹弓”是怎么回事儿?

影片中,地球为了逃离太阳系,设定了一个飞往木星的冒险轨道,差点毁掉地球。这种冒险的原因是为了利用木星给地球加速。这种加速的方式俗称引力弹弓(gravitational slingshot)或者叫引力助推(gravity assist)。

引力弹弓是一种非常成熟的航天技术,现实中有着广泛的应用。人类第一次利用引力弹弓效应发生在1959年,当时苏联的月球3号探测器从月球南极后方飞过,借助月球的引力绕到月球背面并拍摄了人类第一幅月球背面的图像。这次的引力助推不但改变了探测器的飞行轨道平面,也增加了速度。

1977年,NASA著名的旅行者1号和旅行者2号发射升空,分别装载着人类信息的金唱片飞往宇宙深处。这两枚探测器就充分利用过引力弹弓效应,旅行者1号在飞掠木星和土星时,利用了这两颗大行星进行了加速,然后才达到了太阳的逃逸速度。

不可否认,当人类面临危机时,将地球作为一个飞船飘走,是一个非常大胆且富有想象的想法。正如科学家所言,尽管这部电影当中包含了许多不科学的想象,我们依旧要为之鼓掌。

电影也让我们再次意识到地球的可贵,这颗独特的星球处在宜居带,有水有空气并孕育万物生命。与其遥想毁灭,不如从现在开始,珍惜这美丽的家园,让它一直保持多彩绚丽,在宇宙中绽放光芒。

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