《流浪地球》背后的科学原理(四)

《流浪地球》背后的科学原理(四)

加速地球离开太阳系至少需要多少能量?

为了使地球离开太阳系,人类在地球表面安装了上万台行星发动机。那么这些发动机需要消耗多少能量才能使地球离开太阳系呢?

离开太阳系,需要达到地球所在轨道的第三宇宙速度,即:每秒42.1千米。地球绕的公转速度为每秒29.8千米,故此,需要将地球再沿运动方向增加每秒12.3千米的速度。

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这样,通过计算就可得到,加速地球需要4.52×10∧32焦耳的能量。相当于1.8×10∧23千克TNT炸药的威力,也相当于2.15×10∧12(2.15万亿)个最强核武器~沙皇核弹爆炸产生的能量。

如果用氢的核聚变来产生这些能量,需要大约7.18×10∧14吨的氢。需要从5.75×10∧18立方米海水中提取。当然,流浪地球中用的是重元素核聚变。地球还是能够提供的。

太空站上为什么会有重力?

大家肯定都注意到了,在流浪地球里的太空站中是有重力的,宇航员们也在正常行走。而平时大家在新闻中看到的宇航员都是漂浮着的。

《流浪地球》背后的科学原理(四)
《流浪地球》背后的科学原理(四)

这就是人工重力在领航者太空站上的应用。人工重力实际上就是让空间站的一部分或全部旋转起来,是宇航员受到离心力的作用,从而模拟出重力来。也可以利用长时间的加速实现人工重力。电影中是利用旋转来实现人工重力的。

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利用旋转获得重力,需要有较大的旋转半径,不然宇航员会感觉头晕。电影中的空间站的旋转半径应该是足够的。

电影中的空间站停转后,人工重力失去,吴京就漂浮起来。

为什么目的地定在了半人马座α星?

因为这里是离地球最近的一个恒星系啊!但实际上,这里可能并不适合人类宜居。

半人马座α星是一个三合星系统。其中半人马座α星A和B的质量分别是太阳的1.1和0.9倍,它们和太阳一样都是黄矮星。这两颗恒星相互绕行,最远距离只有太阳到冥王星的距离。

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离太阳系最近的是半人马座α星C,它在远处围绕A和B运行(有观点认为C星不属于这个恒星系)。这颗恒星质量很小,只有0.12个太阳质量。

由于A和B星与太阳质量差不多,寿命都约为100亿年,但它们比太阳老约10亿岁左右,太阳都快完蛋了,按恒星演化规律,它们也应该寿终正寝了。

即使不考虑寿命这一点,这也不是一个好去处。由于A星的质量较大,它应该先一步演化成白矮星,随后,B星会演化成红巨星。这时,作为白矮星的A星就可能会吞噬B星的质量。如果吞噬的质量点燃了碳的核聚变,就会引发剧烈的爆炸,这就是Ⅰa型超新星爆发。其威力足够摧毁移动过去的地球。

半人马座α星C是一颗红矮星,由于其质量低,寿命可达上千亿年。但由于光度太低,它的宜居带离恒星较近。

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图:各种类型的恒星的宜居带位置。

从上图可知,宜居带只有不到地球与太阳距离的一半。通过天文观测发现,红矮星会爆发出亮度超过太阳10倍的耀斑。这样的耀斑对移居过去的太阳同样是致命的,它能将地球的大气层清扫一空。


待续……


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