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道路千万条，学习第一条。 开学不准备，考试两行泪。 想带着地球逃离太阳系？ 掌握知识，是拯救地球的第一步。 快和涂涂一起加入开学战斗吧！   2019/3/8 妇女节 ●高一涂基础 ●高二破重难 ●高三刷题型 《流浪地球》被誉为开启了中国科幻电影元年。为还没有接触物理的初一同学，打开物理的大门，先来几道影片中涉及到的知识点考考大家。 《流浪地球》知识点测试题 ✔ 地球自转方向自西向东，为了使地球刹车，地球发动机喷射的“火焰”应偏向 （选填“东”或“西”）方，这是利用了物体间力的作用是 。 ✔ 在太阳内部，发生 （选填“核裂变”或“核聚变”）产生光和热；太阳在膨胀过程中，它的密度会 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 ✔ 在飞机上看到太空中反物质炸弹击中小行星发出的闪光，却没有听到爆炸声，负责清理它们的太空舰队队员能听到爆炸声吗？为什么？_______________________。 ✔ “有一天，新闻报道海在融化，于是我们全家又到海边去。”这里所说的“融化”，是物态变化中的 ，是一个 热的过程。 下面给大家介绍一下电影中的物理知识。  这部影片根据刘慈欣同名科幻小说改编而来，讲述了太阳即将死亡，即将进入红巨星的膨胀阶段，地球即将被膨胀的太阳大气所淹没。在人类命运即将面临存亡的关头，人类联合政府做出了一项决定，将地球作为一个庞大的飞船驶离现有轨道，驶向距离我们最近、4.2光年的比邻星。 从地球原有轨道到遥远的比邻星，按照小说而言，这是一场长达2500年、需要100代人才能完成的恢弘计划，它分为了五个阶段： 人们把这五步分别称为刹车时代、逃逸时代、流浪时代Ⅰ(加速)、流浪时代Ⅱ(减速)、新太阳时代。整个移民过程将延续两千五百年时间，一百代人。 01 人类是否能够让地球停止转动？ 我们先了解一下地球的转动能量的多少。我们很容易的从网络上搜索到，地球的转动能是2.24E29焦耳，这个能量非常巨大。 让我们做一个简单的对比，一个原子弹释放出来的能量差不多相当于1百万个TNT当量，或者就相当于是4.2E15焦耳，而历史上曾经实验过的释放能量最强的大伊万氢弹，释放的能量差不多是5000万TNT当量，或者就是2.1E17焦耳，然而相比较地球的转动能量，还是小巫见大巫了，大约相当于1万亿（1E12）个大伊万的氢弹同时爆炸。 按照电影所说，每个行星发动机通过重核聚变能够产生150万亿吨的推力（而现在的航天飞机的推力大约在2000万牛顿，也就是未来的推力大约是现在推力的100亿倍）。 应用到地球质量上，产生的加速度是0.00000025 （或者2.5E-7）米/秒2。在赤道附近的转动速度大约就是每秒460米。对于一个发动机而言，如果能够持续不断的产生反推力，那么也需要21857天（大约60年）的时间才能够让地球停止。  《流浪地球》中的行星发动机 02 一旦地球停止转动，将会发生什么？ 如果地球一旦停止转动，那么地球上将会发生什么样的变化呢？ 最直接的一个效应就是没有了转动，目前地球上几乎所有的大陆都会被海洋所淹没，这一点的确在电影当中有所提及，原因很简单。在地球转动的时候，因为离心力的缘故，作为液态的海洋会朝向赤道附近聚集，所以一旦地球停止转动，这些水会向两极流动，从而造成大陆被淹没。  电影中，幸存的35亿人，被迫迁入地下城 值得指出的是，即使对于赤道附近的唯一大陆，也是充满了很多危险。 在转动的时候，同样是因为离心力的作用，地球的赤道地壳会显得更为突出一点，然而在没有转动的时候，那么赤道附近缺少离心力，所以很可能会导致板块坍缩，从而引发一系列的全球地震或者海啸。 因为没有了转动，地球将会有固定的一面朝向太阳，另外一面而将一直处于黑夜当中，就仿佛我们在南极或者北极所经历的极昼或者极夜那样。尽管有地球大气的存在，但是远离太阳的一面，还是会因为长期得不到太阳的照射，从而温度变得很低，不太适合生命的存在。  电影剧照 尽管我们对于磁场的产生机制并不是非常的清楚和确定，一种流行的说法就是因为地球外壳层和内核之间的转速不同导致的。如果地球自转停止，而且两个区域都停止，那么地球磁场有可能会突然消失。 而没有了磁场，太阳风能够不受任何阻碍，长驱直入进入地球大气，从而在全球各个地方形成我们所说的极光，不过更为重要的是，地球大气有可能逐渐损失掉。 如果地球没有了磁场，那么我们的地球也将经历这样的遭遇。目前，正是地球的磁场保护了我们人类，使得我们免受太阳风的冲击。 03 脱离木星引力的方法合理吗？ 整部电影所展现的一个主题就是如何摆脱木星的“刚性洛希极限“点。这其实就是“流浪地球计划”的第三个“先流浪阶段“。 其实在电影当中，联合政府本来想通过一种叫做引力弹弓(gravitational slingshot)的效应，使用木星对地球进行加速，没想到部分行星发动机失效，导致地球被木星吸引而逐渐进入木星的刚体洛希极限，出现了电影当中所呈现的灾难。  电影中，地球逐渐被木星吸引 其实引力弹弓效应在探测器飞行中被广泛使用，通常被当做一种节省能源的加速方式，旅行者一号就是利用木星和土星两次引力加速，才得以逃出太阳系。 这个效应的原理其实非常简单，因为行星本身也在围绕太阳转动，所以当行星吸引探测器或者其它天体的同时，就实际上赋予了探测器或者其它天体一部分速度，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。 我们可以举一个简单的类似例子来理解。如果我们站在静止的地面上向运动的火车顶上扔一个网球，在网球被弹起来的时候，地面上静止的人看到网球的速度，其实就是火车速度和网球原来速度的叠加。所以当天体从某个行星周围逃离的时候，其实就是本来的速度和天体速度的叠加。  接下来我们再来简单解释一下电影中出现的另外一个烧脑名词：刚体洛希极限。 简单说来，就是一个类似地球的岩质天体被木星的潮汐力撕碎的极限半径。因为距离木星很近，在靠近木星和远离木星的地球表面上会感受到不一样的木星引力，我们把这种力的差别称之为潮汐力。 我们可以想象一下，距离木星越来越近的情况下，这种潮汐力会变得越大。在靠近木星一定距离时，大到一定程度时，整个地球就会被撕裂，这个特殊的临界距离被科学家们称之为刚体洛希极限。 所以我们可以想象，一旦地球跨过了这个点之后，地球会被粉碎，地球上的人类肯定无一生存，流浪地球的计划也将随之破灭。而按照电影当中所言，这也是为什么联合政府看到地球即将跨过洛希极限点的时候，就已经打算放弃地球，而保留了太空站，让太空站成为人类文明生存的诺亚方舟。  接下来再让我们看一下电影当中让地球摆脱木星引力的场景：在地球即将进入木星的洛希极限点之前，地面上的救援队试图用所有行星发动机的能量集中到其中一个，然后去喷射点燃木星的大红斑，不过因为部分发动机没有完全工作，所以总共7万公里的距离还差5000公里才能得以点燃。 在这涉及地球存亡的紧急关头，吴京所扮演的宇航员刘培强驾驶着空间站在粒子流当中爆炸，空间站携带的巨大能源弥补了行星发动机的能量不足，最终木星大红斑被成功点燃，产生剧烈的冲击波，这股来自于木星的气体巨浪将地球从木星周围推走，避免了被木星引力撕碎的危险。  吴京饰演的宇航员刘培强即将做出抉择 木星大红斑中的氢可能被点燃吗？木星的气体冲击波真可能将地球推走吗？ 简单的答案就是这两个情形都不太可能发生。如果要想让大红斑中的氢燃烧，需要地球有充分的氧气混合。不是被木星吸积的地球大气中包含有大量氧气么？ 但是需要知道，即使包含有氧气的地球大气在吸积到木星表面的时候，因为时间很很短，也不会和氢气均匀混合，所以产生大规模燃烧的可能性非常小。假若可以燃烧发生爆炸，产生非常强的冲击波，也不太可能对地球本身产生极大的影响。 无论如何，地球的流浪之路会是非常艰辛。不过我们需要知道，在整个人类面临危机的时候，将地球整个当做一个飞船移走，是一个非常大胆且富有想象的想法，尽管从科学的角度来看，在可以预见的时期内，人类的能力无法实现。不过电影作为一门艺术，它不完全是生活或者科学的完全再现，所以尽管这部电影当中包含了许多不科学的想象，但是依旧需要我们为之鼓掌。科学是人类进步的动力，而想象则为人类进步指明了方向。 |
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