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别光看特效!几张图带你看懂《流浪地球》里的科学奥秘

2019-02-08  岂不罹凝...

昨天,期盼已久的春节档最耀眼的电影——《流浪地球》终于上映了!



为了打造中国第一部真正的硬科幻电影,剧组做了大量的功课,整部电影对太空、航天、机械等有着丰富的表现。


现实中,“流浪地球”真的可能发生吗?明知靠近木星有危险,为什么地球还要走这条路?


带着种种疑问和思考,让我们一起恶补,共同走进科学的奥秘!


为什么要去木星?


故事背景是这样的:太阳急速老化,不断膨胀,太阳系已经不适合人类生存,于是人类为自己选了一个新的家园——比邻星(半人马座三星)。


比邻星同太阳一样,都是恒星,但质量只有太阳的八分之一


地球是个庞然大物,半径6371公里,重达59万亿亿吨。但人类造出了同样庞大的行星发动机,足以在5年左右将地球推进到逃逸速度(脱离太阳引力的最低速度)。


行星发动机示意图


但这个速度还远远不够。比邻星(半人马座三星)距离地球4.3光年,如果按照逃逸速度航行,需要7.7万年才能抵达,这实在是太漫长了!


即使行星发动机继续加速,达到光速的百分之一仍然不可行。于是人类想到了借助木星的“引力弹弓”,令地球零消耗改变方向、提升速度,最后到达比邻星




那为什么行星发动机不能加速到百分之一光速呢?这是因为行星发动机的能量来自“重元素聚变”。


重元素聚变有什么限制?


所谓重元素聚变并不是什么稀奇玩意儿。在宇宙深处有不少恒星“巨无霸”,内部就在进行着重元素聚变。



重元素聚变的质能转换效率是相当低的。最乐观估计,地球要达到逃逸速度,也必须烧掉7亿亿吨的石头,相当于把全球的地面挖掉40米做为燃料;要达到光速的百分之一,则必须削去地壳的一半。


如果无法靠自己的力量推动地球,那就借助精巧的轨道计算,利用天文尺度的力量——万有引力。于是人类将目光投向木星,这就是电影前半段上演的。


木星的引力弹弓是怎么回事?


航天中存在引力弹弓现象,利用它,可以令航天器零消耗低改变方向、提升速度,送达目标轨道。



引力弹弓一般发生在一对重量相差悬殊的天体之间。

作者:木辛君,清华大学航天航空学院工程力学系在读博士,中国科幻银河奖/星云奖获奖作者

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