别光看特效！刘慈欣、吴京带你看懂《流浪地球》里的科学奥秘
本片除刘慈欣监制以外，更有吴京、李光洁、吴孟达等壮大演员声势助阵。超前点映口碑炸裂，看过的不雅众纷纷暗示“稳了”！
被誉为今世中国科幻“四大天王”之一的作家韩松撰文：“很多多少人都看哭了”。
金马影帝、十亿票房担任的徐峥直接给出了最高评价——
显然，为了打造中国第一部真正的硬科幻片子，剧组做了大量的功课，整部片子对太空、航天、机械等有着丰硕的表示。无论你是不是科幻迷，这都是一部值得二刷三刷的片子！
刘慈欣、吴京、龚格尔标的目的科普中国的网友贺年
硬科幻的魅力是什么？大要就是能跳出故事自己，让我们对糊口发生纷歧样的思虑。实际中，“流离地球”真的可能发生吗？明知接近木星有危险，为什么地球还要走这条路？
带着各种疑问和思虑，让我们一路恶补，配合走进科学的奥秘！
为什么要去木星？
故事布景是如许的：太阳急速老化，不竭膨胀，太阳系已经不适合人类保存，于是人类为本身选了一个新的家园——比邻星（半人马座三星）。
比邻星同太阳一样，都是恒星，但质量只有太阳的八分之一
地球是个庞然大物，半径6371公里，重达59万亿亿吨。但人类造出了同样复杂的行星策动机，足以在5年摆布将地球推进到逃逸速度（离开太阳引力的最低速度）。
行星策动机示意图
但这个速度还远远不敷。比邻星（半人马座三星）距离地球4.3光年，若是按照逃逸速度航行，需要7.7万年才能抵达，这其实是太漫长了！
即使行星策动机继续加快，达到光速的百分之一仍然不成行。于是人类想到了借助木星的“引力弹弓”，令地球零耗损改变偏向、晋升速度，最后达到比邻星。
那为什么行星策动机不克不及加快到百分之一光速呢？这是因为行星策动机的能量来自“重元素聚变”。
重元素聚变有什么限制？
所谓重元素聚变并不是什么稀奇玩意儿。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半斤八两低的。最乐不雅估量，地球要达到逃逸速度，也必需烧失落7亿亿吨的石头，半斤八两于把全球的地面挖失落40米做为燃料；要达到光速的百分之一，则必需削去地壳的一半。
若是无法靠本身的力量鞭策地球，那就借助精巧的轨道计较，操纵天文标准的力量——万有引力。于是人类将目光投标的目的木星，这就是片子前半段上演的。
木星的引力弹弓是怎么回事？
航天中存在引力弹弓现象，操纵它，可以令航天器零耗损低改变偏向、晋升速度，送达方针轨道。
引力弹弓一般发生在一对重量相差悬殊的天体之间。这里我们用木星（红色球）和地球（蓝色球）举个例子，如图a和图b所示。
地球以速度V接近木星，而木星在轨道上以速度U运行↓↓↓
图a 引力弹弓的示意图
足够接近后，地球被木星引力抓住，牵引，优雅地转体半周，然后像掷铁饼那样甩出去↓↓↓
图b 引力弹弓的示意图
感激木星甘当人梯的奉献精力，地球获得了木星的轨道速度U，叠加上原有的速度V，速度增添到了U+V。地球的速度和能量都增添了，却没有耗损任何燃料，就奔着新家园去了。
但若是变轨时离一颗巨行星太近的话，这趟“不雅光观光”可就要不怎么兴奋了。
接近木星时，行星策动机多量熄火
本地球接近木星时，人类俄然遭遇了庞大危机：数千台行星策动机故障熄火了，全球地动，火山爆发，岩浆淹没了地下城……
图中红线部门为长城
为什么几千台策动机遇同时熄火呢？为什么地动、火山都赶在这个时辰来凑热闹呢？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？
跨越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别的距离。当两个天体的距离少于洛希极限时，它们就倾标的目的于被“潮汐力”撕碎。
计较表白，地球和木星的距离若是低于103万公里，那么大气就会在潮汐力的感化下离开地球；若是距离低于7.44万公里，那整个地球城市被撕碎。
潮汐力有多恐怖，我们拿一个茶壶和茶杯举例子：
图 c 用来演示潮汐力的茶杯
我们在杯壁顶部倒一些水，让它在重力感化下标的目的着杯底滑落。越接近杯底，水滴会越拉越长，最后被拉扯到了扯破的极限。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，现实上就是如许一个“茶杯”。地球尺寸很大，当它接近木星时，离木星较近一侧受到的引力，将比力远一侧大得多，是以会像水滴一样被逐渐扯破。
《流离地球》片子中，地球已经达到了地木“流体洛希极限”（地木距离103万公里）。在此处，液体和气体不再能被地球引力束厄局促，而倾标的目的于逃逸；而岩石还勉强能凭借自身的硬度对峙一会儿↓↓↓
图 d 地木流体洛希极限模拟(二维简化模子)
再接近木星一点，地球将进入地木“刚体洛希极限”（地木距离7.44万公里）。在此处，就连坚硬的岩石城市被引力差撕碎，地球将彻底解体↓↓↓
图 e 地木刚体洛希极限模拟(二维简化模子)
可以想象《流离地球》中，人类面对的是如何的绝望了。太接近木星不可，那样会被潮汐力撕碎；太远离木星也不可，那样无法借助引力弹弓变轨……
好的科幻对科学有指标的目的意义
限于时候和篇幅，在此只能对《流离地球》中两个关头情节的科学布景进行会商。现实上片子中涉及的科学常识很是多，设定详实，且高度融入剧情。
最主要的是，它们引出了良多值得思虑的问题。从这个角度看，一部好的科幻片子真的能开启不雅众、尤其是孩子们的想象力与求知欲。好的科幻作品，尤其是硬科幻，对于科学是有比力强烈的指标的目的意义。
在春节之际看到如许一部国产科幻片子，娱乐之余，还能传递科学常识与科学精力。
让我们一路为中国科幻点赞！
- 发表于 2019-02-08 23:28
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- 分类：科学教育
