《流浪地球》背後的科學原理

《流浪地球》背後的科學原理

如今春節檔的電影好評如潮的就屬“流浪地球”和“瘋狂的外星人”了,而“流浪地球”勢頭越來越猛,感覺要碾壓“瘋狂的外星人”,再加上央視新聞這個大V的加持報道,後勁十足!吳京繼戰狼後又一次押對了寶,而這次吳京將有可能會成為中國電影史上第一個百億影帝!我們拭目以待。

今天主要給大家說的是,這部電影所涉及的科學原理,因為相當深奧,一般觀影者難以輕易理解。

電影的故事背景是太陽正在急速老化及不斷膨脹,太陽系不再適合人類居住,為此人類挑選最接近太陽系的恆星”比鄰星(半人馬座α星)“作為新家園。比鄰星同太陽一樣,都是恆星,但質量只有太陽的八分之一。人類不願放棄地球,決意帶著地球一起搬家,但地球體積龐大,故人類就在地球上建設大量巨型的”行星引擎“,令地球能在5年內推進至可以脫離太陽系的最低速度”第三宇宙速度“。

《流浪地球》背後的科學原理

比鄰星與地球相距足足有4.2光年,如果只以最低速度飛行,需要7.7萬年才能抵達,要加速至光速的1/100,則需要消耗極大量燃料。行星引擎所需的能量來自重元素核聚變,但質能轉換效率相當低,僅僅是令地球達至”第三宇宙速度“就必須用掉7億億噸石頭,相當於全地球地面挖掉40米;要達到光速的1/100,更必須用掉地殼一半的厚度。難以用地球上的燃料飛行,人類就改用天文程度的”萬有引力“,藉助木星作為”引力彈弓“,令地球能在零消耗下改變方向及加速。

所謂”引力彈弓“,一般是發生在兩個質量懸殊的天體之間,以地球和木星作例子,地球以速度V靠近木星,木星同時正在自身軌道中以速度U運轉。兩者足夠靠近後,地球就會被木星的引力捕捉、牽引,轉半周後像擲鐵餅那樣被”甩“出去。如此一來,地球就能獲得木星的速度,變成U加V。

電影中當地球靠近木星時,人類突然遇到滅頂危機,數千部行星引擎停機、全地球大規模地震、火山爆發。為什麼幾千臺發動機會同時熄火呢?為什麼地震、火山都趕在這個時候來湊熱鬧呢?這一切災難的根源是“洛希極限”,簡單說就是地球離木星太近了。太近會發生什麼呢?超過“洛希極限”會發生什麼呢?“洛希極限”(Roche limit)是天文學中的一個特殊的距離。當兩個天體的距離少於洛希極限時,它們就傾向於被“潮汐力”撕碎。

《流浪地球》背後的科學原理

電影中,地球已經到達了地木“流體洛希極限”(地木距離10.3萬公里)。在此處,液體和氣體不再能被地球引力束縛,而傾向於逃逸;而岩石還勉強能憑藉自身的硬度堅持一會兒,再靠近木星一點,地球將進入地木“剛體洛希極限”(地木距離約7.44萬公里)。在此處,就連堅硬的岩石都會被引力差撕碎,地球將徹底解體。可以想象《流浪地球》中,人類面臨的是怎樣的絕望了。太靠近木星不行,那樣會被潮汐力撕碎;太遠離木星也不行,那樣無法藉助引力彈弓變軌。

所以,這部電影的精彩之外可以說是非常多,最重要的是,它們引出了很多值得思考的問題。真的能開啟觀眾、尤其是孩子們的想象力與求知慾。對於科學是有比較強烈的指向意義。是一部獨屬於中國的科幻電影。

《流浪地球》背後的科學原理


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