流浪地球

没有一定的物理学知识,或许真的连电影也看不懂了。我国首部科幻电影《流浪地球》随处可见“逃逸、引力弹弓、洛希极限……”等一些物理学名词。那么作为小说和电影核心“流浪地球”的具体方案是什么?这些物理学名词又和“流浪地球”有哪些联系呢?

简而言之,流浪地球的起因是因为,太阳即将发生氦闪变成红巨星吞没地球,人类只得开着地球跑路,逃往4.2光年之外的比邻星。开地球肯定要比开车要复杂很多,因此人类为流浪地球制定了“刹车、逃逸、加速、减速、新太阳时代”五个步骤。

流浪地球

第一步:刹车,让地球停止自转。通过把地球发动机喷口固定在地球自传的反方向喷射,让地球停止自转。为什么要地球停止自转呢?很简单,只有地球停止自转,才能让发动机喷口始终朝向一个方向,给地球加速。

第二步:逃逸,让地球逃出太阳引力束缚,飞向比邻星。方法是把所有地球发动机功率开到最大,使地球围着太阳不停的转圈、加速。刚开始转的还是一个很圆的圈,随着地球的速度越来越快,转的圈也越来越椭圆,直到达到太阳的逃逸速度,飞向比邻星。

这里涉及一个常识性问题:地球为什么不直线飞向比邻星,而非要围着太阳转圈进行加速?因为不能,也不敢!不能,是因为地球发动机的功率太小,不能将地球直接加速到太阳的逃逸速度;不敢,是因为如果直接将地球加速到太阳的逃逸速度,地球和人类都受不了。总之这一切都与一个物理学名词“逃逸速度”有关,这也是电影中反复出现的名词。

逃逸速度是指天体表面上的物体,摆脱该天体万有引力束缚飞向宇宙空间的最小速度,太阳的逃逸速度为617.7千米/秒。逃逸速度不仅与天体的质量有直接的关系,而且与物体距天体球心的距离密切相关。在《流浪地球》中,因为地球距离太阳球心有一个天文单位以上的距离,因此实际的逃逸速度远低于617.7千米/秒。

流浪地球

第三步:加速,通过地球发动机和木星等大型天体的引力弹弓效应,给地球加速飞向比邻星,这也是电影的主要剧情部分。为什么要借助木星的引力弹弓?因为地球发动机的功率太小,要想尽快飞向比邻星,最好的办法就是借助大型天体的引力弹弓效应。这里面涉及以下几个问题:

一、引力弹弓:就是利用大型天体的相对运动和引力给飞行器加速,将它甩向下一个目标。

二、地球发动机是否一直喷射?是的,太空中虽然没有空气阻力,但星际尘埃和太阳引力也会给地球减速,因此地球发动机会一直喷射。除了给地球不断加速外,还要不断给地球调整方向。譬如,地球运用引力弹弓后的方向调整。

三、洛希极限:这个物理名词其实只在电影中出现,它是指大型天体与其卫星近到一定距离时,大型天体引力产生的潮汐效应会撕碎卫星。在电影中,人类本来用木星的引力弹弓效应给地球加速,但因为木星的引力突然加大,将直接捕获地球成为卫星,并最终吞没地球。一旦地球被木星的引力捕获,直接冲向木星,在被吞没之前就会因为达到洛希极限而被撕碎。

流浪地球

第四步:减速,在快要到达比邻星的时候,调转地球发动机喷口给地球减速。

为什么要减速?因为此时地球通过地球发动机不断加速和引力弹弓效应,已经达到一个很高的速度。而比邻星作为一颗较小的恒星,质量只有太阳的八分之一,所产生的引力也要比太阳小得多,如果不进行减速,地球将直接冲过比邻星,而不能被其捕获成为一颗卫星。

第五步:新太阳时代,在合适的距离泊入比邻星轨道,成为比邻星的卫星。这个距离不能太远,也不能太近,必须处于一个适宜生命生存的距离,并重新使地球自转。也就是说,在流浪地球的最后一步,仍然面临电影中洛希极限的问题。如果离比邻星太近会被烧干、撕碎,太远则温度太低,不适于生命生存。

总之,流浪地球的每一步都要进行严格的计算,只要有一个地方出现纰漏,就有可能导致灾难性的后果,电影中所展现的剧情就是如此。

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