《流浪地球》背後的科學原理(四)

《流浪地球》背後的科學原理(四)

加速地球離開太陽系至少需要多少能量?

為了使地球離開太陽系,人類在地球表面安裝了上萬臺行星發動機。那麼這些發動機需要消耗多少能量才能使地球離開太陽系呢?

離開太陽系,需要達到地球所在軌道的第三宇宙速度,即:每秒42.1千米。地球繞的公轉速度為每秒29.8千米,故此,需要將地球再沿運動方向增加每秒12.3千米的速度。

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這樣,通過計算就可得到,加速地球需要4.52×10∧32焦耳的能量。相當於1.8×10∧23千克TNT炸藥的威力,也相當於2.15×10∧12(2.15萬億)個最強核武器~沙皇核彈爆炸產生的能量。

如果用氫的核聚變來產生這些能量,需要大約7.18×10∧14噸的氫。需要從5.75×10∧18立方米海水中提取。當然,流浪地球中用的是重元素核聚變。地球還是能夠提供的。

太空站上為什麼會有重力?

大家肯定都注意到了,在流浪地球裡的太空站中是有重力的,宇航員們也在正常行走。而平時大家在新聞中看到的宇航員都是漂浮著的。

《流浪地球》背後的科學原理(四)
《流浪地球》背後的科學原理(四)

這就是人工重力在領航者太空站上的應用。人工重力實際上就是讓空間站的一部分或全部旋轉起來,是宇航員受到離心力的作用,從而模擬出重力來。也可以利用長時間的加速實現人工重力。電影中是利用旋轉來實現人工重力的。

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利用旋轉獲得重力,需要有較大的旋轉半徑,不然宇航員會感覺頭暈。電影中的空間站的旋轉半徑應該是足夠的。

電影中的空間站停轉後,人工重力失去,吳京就漂浮起來。

為什麼目的地定在了半人馬座α星?

因為這裡是離地球最近的一個恆星系啊!但實際上,這裡可能並不適合人類宜居。

半人馬座α星是一個三合星系統。其中半人馬座α星A和B的質量分別是太陽的1.1和0.9倍,它們和太陽一樣都是黃矮星。這兩顆恆星相互繞行,最遠距離只有太陽到冥王星的距離。

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離太陽系最近的是半人馬座α星C,它在遠處圍繞A和B運行(有觀點認為C星不屬於這個恆星系)。這顆恆星質量很小,只有0.12個太陽質量。

由於A和B星與太陽質量差不多,壽命都約為100億年,但它們比太陽老約10億歲左右,太陽都快完蛋了,按恆星演化規律,它們也應該壽終正寢了。

即使不考慮壽命這一點,這也不是一個好去處。由於A星的質量較大,它應該先一步演化成白矮星,隨後,B星會演化成紅巨星。這時,作為白矮星的A星就可能會吞噬B星的質量。如果吞噬的質量點燃了碳的核聚變,就會引發劇烈的爆炸,這就是Ⅰa型超新星爆發。其威力足夠摧毀移動過去的地球。

半人馬座α星C是一顆紅矮星,由於其質量低,壽命可達上千億年。但由於光度太低,它的宜居帶離恆星較近。

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圖:各種類型的恆星的宜居帶位置。

從上圖可知,宜居帶只有不到地球與太陽距離的一半。通過天文觀測發現,紅矮星會爆發出亮度超過太陽10倍的耀斑。這樣的耀斑對移居過去的太陽同樣是致命的,它能將地球的大氣層清掃一空。


待續……


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