《流浪地球》里的趣味科學

茍利軍　黃月

電影《流浪地球》憑借宏大離奇的背景設定、精彩絕倫的視覺沖擊，“大張旗鼓”地俘獲了眾多觀眾的心。作為一部硬科幻電影，《流浪地球》涉及不少科學知識，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

占有太陽系總體質量99.86%的太陽，誕生于大約45億年前的一次星云坍縮。太陽是一顆黃矮星，它釋放的能量來源于其中心氫氣的聚核反應，如同大量氫彈在內部不斷爆炸。黃矮星的這種聚核反應大約能持續約100億年，由此推測，太陽大約還能再燃燒55億年左右。

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定，會淹沒太陽系里的所有行星。不過據科學家研究推測，紅巨星是太陽燃燒到后期才會經歷的發展過程，離我們還很遙遠。

不過，據人類學家估算，由于地球自身的環境也在發生各種變化，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。

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飛行，所以“流浪地球”計劃的第一步是先讓地球停止自轉?，F實中，我們真的能讓地球不再轉動嗎？

地球的轉動能量為2.24×10^29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2.1×10^17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。

在《流浪地球》電影里，每個行星發動機通過重核聚變產生的推力為150萬億噸，這樣一臺發動機在赤道上持續產生反推力，需要21857天，也就是60年左右，才能讓地球停止自轉。若是赤道上共計有100個以上這樣的發動機，理論上就可以在較短的時間內讓地球停止自轉。

一旦地球停止轉動，將會發生什么

影片中提到，地球實現停止自轉后，不可避免地發生了全球性的巨大災難，導致人類數量大幅度削減，這是很真實的科幻預測。地球停止自轉最直接的后果，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。

而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，引發一系列的全球性海嘯和地震。

當地球停止自轉，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”，差點和木星發生了撞擊。

有的朋友可能覺得奇怪，既然科學家已經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，當探測器或者其它天體逃離出去的時候，就相當于被加速了。所以當地球作為一個天體，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太陽公轉速度的疊加。

據聯合政府科學家計算得出，地球正是需要這樣的疊加速度，才能達到駛離太陽系所需的逃逸速度。可見，讓地球飛向木星借力是何等明智的壯舉，能為全人類節省無比龐大可觀的資源，只不過地球上的行星發動機臨時發生了故障，才導致“突破洛希極限”這一意外的發生。

（摘自《奧秘》2019年5期）