流浪地球，其實(shí)有更好的方式

在電影《流浪地球》中，太陽(yáng)急速衰老膨脹，將導(dǎo)致地球毀滅。人類(lèi)啟動(dòng)了名為“流浪地球”的計(jì)劃，在地球一側(cè)建造上萬(wàn)座行星發(fā)動(dòng)機(jī)，將地球變成巨大的宇宙飛船，載著人類(lèi)開(kāi)始長(zhǎng)達(dá)2500年的太空流浪之旅，奔往離太陽(yáng)系最近的半人馬座比鄰星b。按照計(jì)劃，人類(lèi)試圖利用木星實(shí)現(xiàn)“引力彈弓”加速，卻因木星的潮汐力突增，導(dǎo)致地球面臨墜入木星的風(fēng)險(xiǎn)。生死存亡之際，位于地球和空間站上的人類(lèi)聯(lián)手自救，成功引燃木星大紅斑中的氫，將地球推離木星，成功脫險(xiǎn)。

遺憾的是，這些重要的科幻設(shè)定缺乏合理性。如果有一天我們真的要帶上地球去流浪，還是要利用真正的科學(xué)，而不是止于浪漫但不切實(shí)際的幻想。

影片中，人類(lèi)建造了一萬(wàn)座重核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)，準(zhǔn)備將地球推離自己的軌道。這些重核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)比珠穆朗瑪峰還高2.2千米，看起來(lái)確實(shí)震撼人心。

這種威力巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)，利用巖石中的硅元素進(jìn)行核聚變反應(yīng)，獲得高能高壓的等離子流。說(shuō)白了，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料就是以硅為主要成分的石頭。

但越重的原子核，進(jìn)行聚變所需的能量越大，產(chǎn)生的能量卻越小。例如，氫聚變產(chǎn)生的能量是同樣質(zhì)量的硅的30倍。硅雖然理論上可以產(chǎn)生聚變，但所需要的溫度是30億度！所以，重核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)除了聽(tīng)起來(lái)高大上，在科學(xué)上并沒(méi)有什么合理性。

其實(shí)，燒石頭不行，燒水可以。海水中富含氘與氚，這才是核聚變的最佳燃料。而且，氘的提取方法簡(jiǎn)便，成本較低，核聚變堆的運(yùn)行也十分安全。有如此優(yōu)質(zhì)高效的材料，何必舍易取難？

當(dāng)然，無(wú)論燒石頭還是燒水，都不可能在短時(shí)間內(nèi)將地球推開(kāi)。電影中一萬(wàn)座發(fā)動(dòng)機(jī)要持續(xù)不斷地工作1500多年，才能將地球加速到逃離太陽(yáng)軌道的速度，那時(shí)地球早就被太陽(yáng)毀滅了。

那么，究竟還有沒(méi)有辦法帶上地球去流浪呢？其實(shí)，還有比核聚變更先進(jìn)的方式：反物質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)。

反物質(zhì)是由反粒子構(gòu)成的，反粒子跟通常所說(shuō)的電子、質(zhì)子相比較，電量相等但電性相反。當(dāng)正反物質(zhì)相遇時(shí)，雙方就會(huì)相互湮滅抵消，兩個(gè)粒子的質(zhì)量幾乎完全轉(zhuǎn)化成能量，效率大大高于核裂變和核聚變，這是所有物理反應(yīng)中效率最高的燃料。航天飛機(jī)那巨大的燃料箱和推進(jìn)器中的燃料，完全可以用100毫克的反物質(zhì)代替，而且“湮滅”效應(yīng)是自然發(fā)生的，并不需要像核聚變那樣用難以想象的高溫高壓來(lái)“點(diǎn)火”。

在著名的《星際迷航》系列電影中，“企業(yè)”號(hào)宇宙飛船可實(shí)現(xiàn)曲速飛行、超光速抵達(dá)宇宙中任何一個(gè)地方，都仰仗于它的反物質(zhì)動(dòng)力系統(tǒng)。目前多國(guó)物理學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)室中制造出了反物質(zhì)，我們的宇宙射線中也存在大量過(guò)剩的反物質(zhì)粒子。可以想象，隨著科技的發(fā)展，制造反物質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)并不是什么難事。

影片中，地球溫度急劇降低，人類(lèi)在地表5000米以下建立了上萬(wàn)個(gè)地下城，在到達(dá)新恒星前的2500年間，人類(lèi)要一直在地下城生活。

首先，地下城中資源如何重復(fù)循環(huán)利用是個(gè)大問(wèn)題。此外，怎么適應(yīng)地下環(huán)境，怎么解決空氣流通，怎么防止出現(xiàn)心理疾病等都是很大的挑戰(zhàn)，但高壓?jiǎn)栴}幾乎無(wú)解。5000米深處的壓強(qiáng)相當(dāng)于1000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，幾乎沒(méi)有材料能頂?shù)米∵@樣巨大的壓強(qiáng)。

其實(shí)，水下城比地下城更具可行性。水的吸熱或散熱能力都很強(qiáng)，能保持溫度平衡。建造水下城也比建造地下城容易很多，海洋有豐富的資源可就地取用，比如，最重要的水資源、核能資源等。事實(shí)上，水下城市已不是天馬行空的想法，隨著3D打印技術(shù)、碳納米管和納米金剛石技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，一些科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始認(rèn)真考慮這種可能性。

在電影中，為了節(jié)省燃料，人類(lèi)準(zhǔn)備讓地球向木星借力。這涉及引力彈弓效應(yīng)——當(dāng)一艘宇宙飛船經(jīng)過(guò)一顆行星時(shí)，借用行星的公轉(zhuǎn)速度，給飛船加速。就像是在飛快轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)上滴一滴水，水就會(huì)濺飛一樣。

不過(guò)，根據(jù)計(jì)算，地球只能獲得木星引力10千米/秒左右的加速，這相比于地球設(shè)定的最終1500千米/秒的航速微不足道，不值得冒這么大風(fēng)險(xiǎn)。別的不說(shuō)，木星有79顆衛(wèi)星，如何繞開(kāi)這些木星“小弟”就是個(gè)技術(shù)活。

影片的高潮，木星突然出現(xiàn)“潮汐力增加”現(xiàn)象，眼看就要拉著地球落向木星。為了使地球脫離木星的引力，救援隊(duì)點(diǎn)燃了木星和地球大氣的混合氣體，產(chǎn)生巨大的沖擊波，將地球推離木星。

這一段完全不靠譜，因?yàn)槟拘俏樟说厍蛏系难鯕庥植恢劣诎训厍蛭撸瑢?shí)在太難了。就算能成功引爆，爆炸沖擊波也永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)地球。爆炸之所以會(huì)產(chǎn)生沖擊波，是因?yàn)橛写髿獾木壒剩钪媸钦婵盏模瑳_擊波只會(huì)留在木星大氣層里。

而且，如果太空真的有空氣，有沖擊波，恐怕地球不是被推離木星，而是粉身碎骨。因?yàn)榈厍虿皇且粔K實(shí)心的石頭，更像是個(gè)雞蛋。地殼非常薄弱，在雞蛋旁邊引爆炸彈，試圖用沖擊波把雞蛋炸得遠(yuǎn)遠(yuǎn)的，結(jié)果可能不是雞蛋被炸遠(yuǎn)，而是被當(dāng)場(chǎng)炸得粉碎。

星際旅行是科幻小說(shuō)長(zhǎng)盛不衰的題材，常見(jiàn)的設(shè)定基本分為兩類(lèi)：一是通過(guò)近光速飛船來(lái)完成恒星間的遷徙；二是利用“蟲(chóng)洞”或者“空間折疊”，實(shí)現(xiàn)超光速旅行。《流浪地球》則獨(dú)辟蹊徑，將地球整體作為飛船，但遺憾的是，移動(dòng)地球不具有科學(xué)合理性。

即便技術(shù)上可行，顯著改變地球軌道也有太多風(fēng)險(xiǎn)：自然生態(tài)徹底消失；發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的地殼不穩(wěn)定產(chǎn)生大量超大規(guī)模的地震、超級(jí)火山爆發(fā)、海嘯等劇烈的自然災(zāi)害；整個(gè)太陽(yáng)系的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)被破壞，小行星群軌道紊亂，地球?qū)⒃庥鲂纬稍缙诘哪欠N混亂。而且一旦飛出日球?qū)樱钪嫔渚€便能直接轟擊地球，整個(gè)地表將遍布致命的高能輻射。

看來(lái)帶著地球去流浪不可行，只有另想辦法。2016年，歐洲南方天文臺(tái)在離地球最近的4.3光年外的半人馬座比鄰星周?chē)l(fā)現(xiàn)了一顆圍繞比鄰星公轉(zhuǎn)的類(lèi)地行星比鄰星b，也就是《流浪地球》中太空流浪之旅的目的地，該行星為生命的存在提供了相對(duì)適宜的條件。2018年，天文學(xué)家還在距離地球16光年處找到一顆行星“瓦肯”。事實(shí)上，最近幾年，100光年內(nèi)的行星越來(lái)越多地被發(fā)現(xiàn)。

如果未來(lái)真有太陽(yáng)系災(zāi)難，我們的后代可以組織大量飛船組成的龐大艦隊(duì)，從一顆行星遷移到另一顆行星。屆時(shí)我們利用反物質(zhì)為燃料的飛船，能夠在宇宙中以光速的70%左右飛行，到達(dá)比鄰星只需6年左右，到瓦肯星也只要23年。

棟梁//摘自大科技微信公眾號(hào)，本刊有刪節(jié)，仙人掌/圖