想看懂《流浪地球》太空知識(shí)了解一下？

地球洛希極限軌道運(yùn)行示意圖

◎加加劉

作為中國(guó)第一部硬科幻電影，《流浪地球》公映之后口碑可謂是一度炸裂朋友圈。本部改編自劉慈欣同名小說的影片，除了用行星發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)地球離開太陽(yáng)系這個(gè)設(shè)定之外，幾乎一切都是新的，可以說這是一部建造在《流浪地球》世界觀體系下的新故事。以至于，就算是一些原著黨看了也會(huì)覺得新奇，更別說普通觀眾了。很多人看完這部片子之后，發(fā)現(xiàn)由于對(duì)電影中的背景知識(shí)不甚了解，導(dǎo)致需要“二刷”、“三刷”才能弄明白其中的邏輯。那么，今天就跟本航天宅一起來(lái)了解一下《流浪地球》中的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。

起 因

紅巨星：三四十億年后，太陽(yáng)將由青壯年進(jìn)入老年期。老年期的太陽(yáng)會(huì)變?yōu)橐活w紅巨星，巨星的顯著特點(diǎn)就是體積大、光度強(qiáng)、不穩(wěn)定。變?yōu)榧t巨星的太陽(yáng)會(huì)覆蓋半個(gè)太陽(yáng)系，這時(shí)候別說離太陽(yáng)最近的水星、金星和地球，就連火、木、土星可能都無(wú)法幸免。下圖左側(cè)的小點(diǎn)是現(xiàn)今的太陽(yáng)，而圖右側(cè)是紅巨星時(shí)的太陽(yáng)。不幸的是，地球作為一個(gè)繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)的行星，會(huì)陪著太陽(yáng)經(jīng)歷這個(gè)變大、變熱的過程，直到被太陽(yáng)吞沒。

太陽(yáng)氦閃：太陽(yáng)氦閃就是發(fā)生在紅巨星階段的失控氦融合過程中的所謂不穩(wěn)定現(xiàn)象，通常發(fā)生在2倍及以下太陽(yáng)質(zhì)量的低質(zhì)量恒星的核心。青壯年時(shí)的太陽(yáng)靠氫核聚變帶來(lái)的能量維持著自身形態(tài)，當(dāng)氫原料被用完時(shí)，內(nèi)核將開始收縮，這會(huì)導(dǎo)致核心溫度進(jìn)一步升高。當(dāng)溫度高達(dá)1億攝氏度后，就會(huì)發(fā)生氦核反應(yīng)從而爆發(fā)出數(shù)以億倍的巨大能量。即使那時(shí)的地球還沒有被太陽(yáng)吞沒，氦閃之后，地球表面也會(huì)頃刻化為一片火海。

經(jīng) 過

逃離太陽(yáng)系：不論是太陽(yáng)的老齡化，還是氦閃的發(fā)生，對(duì)于太陽(yáng)系內(nèi)的人類生命的威脅都是毀滅性的，地球大氣會(huì)被吹散，太陽(yáng)風(fēng)高能粒子直接撞擊到地球表面，人類唯一的出路就是逃離太陽(yáng)系。要想逃離太陽(yáng)系，這里就不得不說說三大宇宙速度，第一宇宙速度是7.9km/s，大于這個(gè)速度即可進(jìn)入繞地軌道；第二宇宙速度為11.2km/s ，是物體完全擺脫地球引力束縛，飛離地球所需要的最小初始速度；第三宇宙速度為16.7km/s，是擺脫太陽(yáng)引力束縛，飛出太陽(yáng)系所需的最小初始速度。電影中劉慈欣一手打造了“逃離太陽(yáng)系”計(jì)劃，也就是“剎車、逃逸、加速、減速、新太陽(yáng)時(shí)代”五個(gè)步驟。而這個(gè)“搬家計(jì)劃”是通過一種核聚變行星發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置實(shí)現(xiàn)的。

行星發(fā)動(dòng)機(jī)：這是“流浪地球計(jì)劃”中設(shè)計(jì)的推動(dòng)地球逃離太陽(yáng)系的重要“工具”。電影中全世界人類通力合作，建造了12000多臺(tái)高達(dá)11000米的行星發(fā)動(dòng)機(jī)，它們主要分布在亞洲和美洲，通過利用重元素聚變獲得能量。

其實(shí)，在地球上建造行星發(fā)動(dòng)機(jī)的想法還是比較異想天開的，這些高11000米的發(fā)動(dòng)機(jī)還在地球大氣層以內(nèi)，因此設(shè)想每當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，大量的大氣層氣體被發(fā)動(dòng)機(jī)等離子體光柱推出大氣層外，從而導(dǎo)致地球上大氣越來(lái)越稀薄了。影片中描述地球表面變極低溫度已經(jīng)十幾年，想必光合作用早已停止。在這些年里地球那么多發(fā)動(dòng)機(jī)消耗，還要供35億人日常生活，大氣層的氧氣只銷不產(chǎn)，還能有足夠的氧氣點(diǎn)燃木星嗎？

更何況體積巨大的行星發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)地球結(jié)構(gòu)的壓力也會(huì)特別大，地殼的厚度平均才幾十公里，根本承受不了這樣的力量和震動(dòng)，一臺(tái)就有可能引發(fā)地震、板塊斷裂現(xiàn)象，1萬(wàn)多臺(tái)這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)那還了得。所以這樣的行星發(fā)動(dòng)機(jī)未必能推走地球，而是一旦啟動(dòng)就有可能引發(fā)巨大災(zāi)難。

再者說，行星發(fā)動(dòng)機(jī)的存在及建造可行性本身就是個(gè)問題。

木星引力：木星的引力比地球強(qiáng)2.5倍，因?yàn)轶w積太大，能夠牽引太陽(yáng)系包括地球在內(nèi)的其他行星?！读骼说厍颉分芯褪且媚拘堑囊⒌厍蛭^去，只要角度合適且飛得足夠快，就能得到木星的加速力，從而將地球甩向外太空。

引力彈弓：這是利用行星的重力場(chǎng)來(lái)給太空探測(cè)船加速，也就是把行星當(dāng)作“引力助推器”。影片中將木星作為“地球”的助推器，只要交匯時(shí)地球自身速度夠快，角度合適，地球?qū)⒃诮粎R分離之后獲得足夠加速度，從太陽(yáng)系逃逸。目前，有很多航天器通過這種引力助推方式到達(dá)了飛行目標(biāo)。如1974年，水手10號(hào)借助金星的引力助推減速之后到達(dá)了水星；旅行者1號(hào)在經(jīng)過木星和土星時(shí)通過引力助推獲得了足以完全擺脫太陽(yáng)引力的動(dòng)能，目前位于太陽(yáng)系和星際空間之間的邊緣帶。

洛希極限：指當(dāng)行星與衛(wèi)星距離近到一定程度時(shí)，潮汐作用就會(huì)使天體本身解體分散。以電影中的地球和木星為例，當(dāng)?shù)厍蚺c木星之間的距離為洛希極限時(shí)，地球自身的重力就會(huì)與木星造成的潮汐力相等，而如果繼續(xù)靠近，地球本身就會(huì)解體，從而成為木星的環(huán)。我們現(xiàn)在看到的土星環(huán)就是這樣形成的。

引力捕獲：行星A被行星B的引力捕獲后，若距離大于洛希極限，會(huì)繞其旋轉(zhuǎn)成為其衛(wèi)星（月球是被地球捕獲的衛(wèi)星），一旦行星B引力過大，捕獲后行星AB間距離小于洛希極限，行星A就會(huì)傾向碎散。影片設(shè)定接近木星時(shí)其磁場(chǎng)和輻射導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障熄火地球自身速度減慢，被木星引力捕獲，即使動(dòng)力很快恢復(fù)，由于木星引力過大，地木距離將越過洛希極限。在此危急時(shí)刻，主人公想出了點(diǎn)燃木星風(fēng)暴中的氫氣，使其爆炸產(chǎn)生的沖擊波將地球加速超出第三宇宙速度，逃出太陽(yáng)系，理論上講完全有可能。

結(jié) 局

除去高大上的科學(xué)外衣，這就是一部中二天才少年看透真相拯救地球的末日災(zāi)難電影。電影中，通過主角團(tuán)小分隊(duì)的努力，最終地球再次得以繼續(xù)逃離太陽(yáng)系的遠(yuǎn)征。

盡管電影團(tuán)隊(duì)前期對(duì)宇宙、航天、重型機(jī)械等視覺呈現(xiàn)做了大量的工作，但在技術(shù)邏輯上還有很多尬點(diǎn)，比如木星引力為何會(huì)突然增強(qiáng)？木星爆炸到底是把地球推開還是把地球炸碎？一場(chǎng)足以推動(dòng)地球的沖擊波為何只是一場(chǎng)流星雨，在地表的男主居然可以毫發(fā)無(wú)損？

但是瑕不掩瑜，我愿意說這是一部好看的電影，且不得不承認(rèn)它也是一部商業(yè)成功的電影。以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)原理作為基礎(chǔ)，以多學(xué)科的技術(shù)預(yù)測(cè)為導(dǎo)引，開啟了大眾特別是孩子的想象力和求知欲。