《流浪地球》里的趣味科学

苟利军　黄月

电影《流浪地球》凭借宏大离奇的背景设定、精彩绝伦的视觉冲击，“大张旗鼓”地俘获了众多观众的心。作为一部硬科幻电影，《流浪地球》涉及不少科学知识，接下来我们就来聊聊电影中那几个有趣的科学故事吧。

太阳什么时候会灭亡

占有太阳系总体质量99.86%的太阳，诞生于大约45亿年前的一次星云坍缩。太阳是一颗黄矮星，它释放的能量来源于其中心氢气的聚核反应，如同大量氢弹在内部不断爆炸。黄矮星的这种聚核反应大约能持续约100亿年，由此推测，太阳大约还能再燃烧55亿年左右。

而在《流浪地球》中，科学家观测到太阳即将进入红巨星膨胀阶段，红巨星阶段的太阳极不稳定，会淹没太阳系里的所有行星。不过据科学家研究推测，红巨星是太阳燃烧到后期才会经历的发展过程，离我们还很遥远。

不过，据人类学家估算，由于地球自身的环境也在发生各种变化，因而人类在地球上还可以存在大约200万年;物理学家霍金则认为由于人类滥用地球资源，所以可能几百年后，地球就不再适宜居住了。

人类是否能够让地球停止转动

电影里提及，由于人类要让地球始终朝某个方向持续飞行，所以“流浪地球”计划的第一步是先让地球停止自转。现实中，我们真的能让地球不再转动吗？

地球的转动能量为2.24×10^29焦耳，这个能量是很惊人的。我们来对比一下，历史上试验过的氢弹中，释放能量最强大的当属大伊万氢弹，其爆炸时释放了5000万TNT当量，也就是2.1×10^17焦耳。而地球的转动能量就相当于约1万亿个大伊万氢弹同时爆炸。

在《流浪地球》电影里，每个行星发动机通过重核聚变产生的推力为150万亿吨，这样一台发动机在赤道上持续产生反推力，需要21857天，也就是60年左右，才能让地球停止自转。若是赤道上共计有100个以上这样的发动机，理论上就可以在较短的时间内让地球停止自转。

一旦地球停止转动，将会发生什么

影片中提到，地球实现停止自转后，不可避免地发生了全球性的巨大灾难，导致人類数量大幅度削减，这是很真实的科幻预测。地球停止自转最直接的后果，就是陆地的大量消失。

地球在转动时，由于离心力作用，液态的海水会向赤道附近聚集，使得赤道附近储备了大量的海水。假如地球真的停止自转，离心力消失，赤道附近的海水将向地球的两极流动，届时大陆将被淹没，地球将成为一颗蓝色的大水球，只剩赤道附近的一圈超级大陆尚且凸显在地表。

而这块位于赤道上的唯一大陆，也不是绝对安全的。因为在地球自转时，同样由于离心力作用，地球的赤道地壳相较其他区域也会更突出一些;假如停止自转，赤道附近失去了离心力，这块仅存大陆的版块也将坍缩，引发一系列的全球性海啸和地震。

当地球停止自转，地表也就不适合人类生存了，所以在电影里，人类大都移居到地下生活。

为什么流浪地球要驶入木星周围

整部电影讲述了人类在完成地球停转初级阶段后，进入旅行阶段初期发生的一次危机，这次危机源于地球不小心突破了木星的“刚体洛希极限”，差点和木星发生了撞击。

有的朋友可能觉得奇怪，既然科学家已经设定好了地球的推进路线，为什么不能避开木星，却非要飞得离它很近，导致差点撞上去呢？其实，联合政府的科学家是故意让地球飞向木星，因为咱们要在木星的帮助下才能顺利“逃跑”。

现实中，美国宇航局研制的无人探测器“旅行者一号”，在飞离太阳系前往深空探险的时候，为了节省能源，借助了一种叫做“引力弹弓”的效应，利用木星和土星的两次引力加速，逃离了太阳系。

“引力弹弓”的原理其实很简单，由于木星或土星等行星本身也在围绕太阳转动，所以当它们吸引探测器或其他天体的同时，也赋予了这些探测器或天体一部分速度，当探测器或者其它天体逃离出去的时候，就相当于被加速了。所以当地球作为一个天体，飞向木星并从木星周围逃离的时候，其逃离速度就是原先飞向木星的速度和木星围绕太阳公转速度的叠加。

据联合政府科学家计算得出，地球正是需要这样的叠加速度，才能达到驶离太阳系所需的逃逸速度。可见，让地球飞向木星借力是何等明智的壮举，能为全人类节省无比庞大可观的资源，只不过地球上的行星发动机临时发生了故障，才导致“突破洛希极限”这一意外的发生。

（摘自《奥秘》2019年5期）