《流浪地球》里的趣味科學

流浪地球》里的趣味科學作為一部硬科幻電影，《流浪地球》涉及不少科學知識，其中有的比較引人注目，接下來我們就來聊聊電影中那幾個有趣的科學故事吧！太陽什么時候會滅亡？而在《流浪地球》中，科學家觀測到太陽即將進入紅巨星膨脹階段，紅巨星階段的太陽極不穩(wěn)定，會淹沒太陽系里的所有行星。不過據(jù)科學家研究推測，紅巨星是太陽燃燒到后期才會經(jīng)歷的發(fā)展過程，離我們還很遙遠。不過，據(jù)人類學家估算，由于地球自身的環(huán)境也在發(fā)生各種變化，因而人類在地球上還可以存在大約200萬年;物理學家霍金則認為由于人類濫用地球資源，所以可能幾百年后，地球就不再適宜居住了。比鄰星是可能的歸宿嗎？在《流浪地球》電影里，人類計劃將地球駛離太陽系，目的地則是距太陽系4.2光年的半人馬星座恒星——比鄰星。假如我們真的到達比鄰星附近，那里的環(huán)境適合人類生存嗎？通過哈勃太空望遠鏡等強大設備的全方位觀測，科學家了解到不少關于比鄰星的信息。他們發(fā)現(xiàn)，位于半人馬座的比鄰星，質(zhì)量只有太陽的七分之一，是一顆紅矮星，亮度比太陽低。為了進一步找到“黯淡紅點”和地球的共同點，天文學家使用了一個名為“地球相似指數(shù)”的參數(shù)，來衡量這顆行星和地球的相似度，最終發(fā)現(xiàn)，“黯淡紅點”和地球的相似指數(shù)竟達到了86%！是不是覺得這個新世界很吸引人呢？不過先別高興得太早，因為相似指數(shù)僅僅用于描述其本身。由于“黯淡紅點”所圍繞公轉的恒星比鄰星，質(zhì)量遠遠低于太陽，且身為紅矮星的它亮度也比黃矮星太陽低，所以圍繞比鄰星的宜居區(qū)也更加靠近中心恒星;又由于“黯淡紅點”和比鄰星離得很近，這就會導致著名的天文學現(xiàn)象——潮汐鎖定，使得“黯淡紅點”行星始終只有一面朝向比鄰星。潮汐鎖定導致的另一例廣為人知的天文現(xiàn)象就是月球始終只有一面面向地球。由于“黯淡紅點”等靠近比鄰星的行星，永遠只有一面朝向比鄰星這顆中心恒星，所以行星上這一面溫度將會很高，而背對恒星的那一面溫度將會很低。除了潮汐鎖定，比鄰星的宜居區(qū)行星還會面臨另一個麻煩，那就是中心恒星頻繁的爆發(fā)。據(jù)天文學家進一步觀察發(fā)現(xiàn)，雖然比鄰星的質(zhì)量比太陽小，但其爆發(fā)頻率和爆發(fā)時所釋放出來的能量，卻比太陽大得多，這就導致其周邊行星所接收到的紫外輻射，比地球上用于殺死病菌的紫外線強度還要高100多倍，假如這些行星上有生命，它們無疑將遭受滅頂之災。此外，由于潮汐鎖定，根據(jù)現(xiàn)有理論推測，比鄰星周圍的行星很可能不具備磁場，假如劇烈的恒星風持續(xù)吹向行星，即使行星本身有大氣，也會消失逃逸得無影無蹤。由此可見，半人馬座比鄰星很可能并不是地球流浪的最佳目的地。相信隨著科技的高速發(fā)展，人類還能找到除太陽系外更適合移居的星系。人類是否能夠讓地球停止轉動？電影里提及，由于人類要讓地球始終朝某個方向持續(xù)飛行，所以“流浪地球”計劃的第一步是先讓地球停止自轉?，F(xiàn)實中，我們真的能讓地球不再轉動嗎？首先我們要知道地球的轉動能量，為2.24X1029焦耳，這個能量是很驚人的。我們來對比一下，歷史上試驗過的氫彈中，釋放能量最強大的當屬大伊萬氫彈，其爆炸時釋放了5000萬TNT當量，也就是2.1X1017焦耳。而地球的轉動能量就相當于約1萬億個大伊萬氫彈同時爆炸。顯然，要產(chǎn)生比地球自轉能量更大的力，讓地球停止自轉，顯然不是一件容易的事，至少以目前人類的技術水平是不可能實現(xiàn)的。但在不遠的未來，或許一切皆有可能，屆時若人類能夠熟練掌握重核聚變技術，產(chǎn)生的能量將大大提高。在《流浪地球》電影里，每個行星發(fā)動機通過重核聚變產(chǎn)生的推力為150萬億噸，這樣一臺發(fā)動機在赤道上持續(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。不過影片中，聯(lián)合政府可不止安裝了一臺這樣的發(fā)動機在赤道，一萬多個行星發(fā)動機中，就有不少赤道發(fā)動機，比如主角一行前去維修的印度尼西亞蘇拉威西發(fā)動機。若是赤道上共計有100個以上這樣的發(fā)動機，理論上就可以在較短的時間內(nèi)讓地球停止自轉。一旦地球停止轉動，將會發(fā)生什么？影片中提到，地球實現(xiàn)停止自轉后，不可避免地發(fā)生了全球性的巨大災難，導致人類數(shù)量大幅度削減，這是很真實的科幻預測。地球自轉最直接的后果，就是陸地的大量消失。地球在轉動時，由于離心力作用，液態(tài)的海水會向赤道附近聚集，使得赤道附近儲備了大量的海水。假如地球真的停止自轉，離心力消失，赤道附近的海水將向地球的兩極流動，屆時大陸將被淹沒，地球將成為一顆藍色的大水球，只剩赤道附近的一圈超級大陸尚且凸顯在地表。就算這塊位于赤道上的唯一大陸，也不是絕對安全的。因為在地球自轉時，同樣由于離心力作用，地球的赤道地殼相較其他區(qū)域也會更突出一些;假如停止自轉，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。由此可見，當?shù)厍蛲Ｖ棺赞D，地表也就不適合人類生存了，所以在電影里，人類大都移居到地下生活。為什么流浪地球要駛入木星周圍？整部電影講述了人類在完成地球停轉初級階段后，進入旅行階段初期發(fā)生的一次危機，這次危機源于地球不小心突破了木星的“剛體洛希極限”，差點和木星發(fā)生了撞擊。有的朋友可能覺得奇怪，既然科學家已經(jīng)設定好了地球的推進路線，為什么不能避開木星，卻非要飛得離它很近，導致差點撞上去呢？其實，聯(lián)合政府的科學家是故意讓地球飛向木星，因為咱們要在木星的幫助下才能順利“逃跑”！現(xiàn)實中，美國宇航局研制的無人探測器“旅行者一號”，在飛離太陽系前往深空探險的時候，為了節(jié)省能源，借助了一種叫做“引力彈弓”的效應，利用木星和土星的兩次引力加速，逃離了太陽系。“引力彈弓”的原理其實很簡單，由于木星或土星等行星本身也在圍繞太陽轉動，所以當它們吸引探測器或其他天體的同時，也賦予了這些探測器或天體一部分速度，當探測器或者其他天體逃離出去的時候，就相當于被加速了。這就好比我們站在靜止的地面上，往行駛中的火車車廂扔一個網(wǎng)球，在網(wǎng)球被彈飛的瞬間，靜止不動的我們看到的網(wǎng)球飛行速度，其實是火車速度和網(wǎng)球原先速度的疊加。所以當?shù)厍蜃鳛橐粋€天體，飛向木星并從木星周圍逃離的時候，其逃離速度就是原先飛向木星的速度和木星圍繞