《流浪地球》里的科學奧秘

大年初一，中國科幻電影《流浪地球》登陸各大影院，成功追趕上《紅海行動》，斬獲中國電影票房總榜亞軍。電影根據著名作家劉慈欣同名科幻小說改編而來，講述了一個發生在不遠未來的故事：太陽急劇老化，隨時都有可能進入到紅巨星的膨脹階段，地球也將因此被吞噬。在此危急關頭，為了地球人的存亡，地球上的聯合共和國作出了一項緊急決定，在地球上建造上萬座重核聚變行星發動機，每個產生上百萬億噸的推力，把地球當成一個龐大的宇宙飛船，駛離現有軌道，駛向距離太陽系最近的一顆恒星——半人馬座比鄰星，從而開啟了一段長達2500年的星際旅行。

今天，我們就電影中涉及到的一些科學故事來聊一聊，也不失為一件有趣的事。

太陽什么時候會滅亡

太陽提供的能量來自于其中心氫氣的聚核反應，如同大量氫彈在太陽內部不斷爆炸，按照現有的數據估算，這種聚核反應總共將持續約100億年。所以，太陽還可以再燃燒50億年左右。

人類學家曾經估算過，因為周圍環境的各種變化，人類在地球上還可以存在大約200萬年。而物理學家霍金曾經更為悲觀，因為人類無節制、無效率地使用能源，預言幾百年后就需要考慮離開地球。

在某個時間，地球在被淹沒之前就已經移到太陽系的宜居區之外，不再適合生命存在，反而在那個時候，火星將完全進入宜居區。

比鄰星是可能的歸宿嗎

半人馬座比鄰星是除太陽之外距離地球最近的一顆恒星，距離我們4.2光年。那里的環境適合人類生存嗎？

在2016年底，歐洲南方天文臺一個名為“黯淡紅點”的發現讓天文學家和大眾都非常興奮——科學家們在半人馬座比鄰星周圍發現了一個和地球非常類似的行星，它的質量大約是地球質量的1.3倍，公轉周期為11.2天，位于半人馬座比鄰星的宜居區當中。

即便如此，這顆行星的某些性質與地球仍相差甚遠。因為半人馬座比鄰星質量遠低于太陽，所以圍繞半人馬座比鄰星的宜居區也相應地更加靠近中心恒星。又因二者非常靠近，天文學中非常常見的一種現象便會出現——潮汐鎖定。潮汐鎖定使得行星只有一面朝向中心恒星。在某種程度上，這類似于我們熟悉的月亮，我們只能看到月球的一面。所以，行星永遠朝向中心恒星的一面溫度會很高，而另外一面溫度很低。

在潮汐鎖定之外，還有一個更為重要的問題，那就是中心恒星頻繁的爆發現象。盡管半人馬座比鄰星質量比太陽質量小，但它的爆發頻率和釋放出來的能量要比太陽大得多。半人馬座比鄰星的行星上所接收到的紫外輻射，比地球上用來殺死病菌的紫外線強度還要高出100倍以上，這對于行星上的生命來說無異于一場災難。

所以，半人馬座比鄰星可能并不是一個合適的目的地。

人類是否能讓地球停止轉動

在“流浪地球”計劃中，第一步就是讓地球停止轉動，這是否可以實現？

讓我們做一個簡單的對比：一顆原子彈釋放出來的能量差不多相當于一百萬個TNT當量，而歷史上實驗過的釋放能量最強的大伊萬氫彈，釋放的能量差不多是5000萬TNT當量。地球的轉動能量大約相當于一萬億個大伊萬氫彈同時爆炸。

按照電影所說，每個行星發動機通過重核聚變能夠產生150萬億噸的推力。通過簡單計算我們可以推論，這樣一臺發動機如果能夠在赤道上持續不斷地產生反推力，那么也需要21857天（大約60年）的時間才能夠讓地球停止轉動。

一旦地球停止轉動，將會發生什么

地球停轉最直接的一個效應就是，目前地球上幾乎所有的大陸都會被海洋淹沒。原因很簡單，在地球轉動的時候，因為離心力的緣故，作為液態的海洋會朝向赤道附近聚集。所以一旦地球停止轉動，這些水會向兩極流動，從而造成大陸被淹沒。在電影當中，人類移居到了地下生活。

那么人類有可能還在地球表面生存嗎？根據動畫模擬，最終幾乎所有的大陸都會被淹沒，只剩下赤道附近的一圈超級大陸凸顯出來。

而且，因為沒有了轉動，所以地球將會有固定的一面朝向太陽，另外一面將一直處于黑夜當中，就仿佛我們在南極或者北極所經歷的極晝或者極夜那樣，因為長期得不到太陽的照射，從而溫度變得很低，不太適合生命的存在。盡管如此，“流浪地球”，這個大膽而美麗的想象值得我們向往。

（水云間薦自《北京日報》2019.2.13）