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硬核软说:中科院物理所博士《流浪地球2》的观后感

 天下小粮仓 2023-01-26 发布于福建

春节档上映的《流浪地球2》,千呼万唤始出来,让广大影迷等了足足四年,一经上映,就掀起了科幻迷的观影热潮,中科院物理所的博士也从专业的角度进行了解读,看了之后,感触很深,但是语言还不够直白,接下来就用大白话,给大家再唠一唠。

电影故事线:1977年,天文学家根据历史记录推测太阳核心聚变加速;2026年,爆发了剧烈太阳风暴,国际开始重视氦闪危机,根据逃离方式,逐渐形成飞船派和地球派;2030年,地球派方案被采纳,开始建造行星发动机;2039年,通过发动机停止地球自转;2042年,启动逐月计划;2044年,太空电梯危机;2058年,月球坠落危机;2065年,地球停转,推进发动机点火,进入加速时代;2075年,木星引力危机;2078年,太阳氦闪危机。

注:根据时间线,第一部,故事发生在2075年,逃离过程中遇到了木星引力危机。

氦闪

根据恒星演变理论,太阳发光发热,是由于内部的的氢原子发生了核聚变,外部则因达不到聚变条件,无法发生聚变反应。

太阳内部聚变产生氦,氦在太阳引力作用下,向内部聚集坍缩,产生高温高压,进而使外层氢气发生核聚变,导致太阳发生膨胀,形成红巨星,此时太阳表面可以膨胀到太阳系第二颗行星金星的轨道,距离地球约4000万公里。按照当前理论,不用到氦闪,此时就能把地球上的生命都给烤化了。

红巨星末期,太阳内部会发生氦聚变,我们称之为氦闪。

按目前的理论估计,太阳能在主序星阶段持续110亿年,而今太阳才50亿岁,大可不用担心它会膨胀老化。

行星发动机

带着地球流浪,得建造行星发动机,推着地球脱离公转轨道。这个工程分两个步骤,先停止自转,然后驶离。停止自转,靠赤道上的2000台发动机,驶离则靠北半球的10000台发动机。单台发动机高1万米,比珠峰还高,占地1千平方公里,直径约35公里。

这里中科院的博士较了真,按照书中用42年时间停止自转,他计算了每台发动机的平均功率和推力,每台发动机一秒钟消耗的电量相当于2021年全球发电量的45倍,相当于2000亿个三峡发电站的装机容量,推力则为410亿吨,是当前最大推力火箭阿尔忒弥斯的1000万倍。

发动机工作会产生巨大的热量,计划伊始,地表温度会上升到七八十摄氏度,两极冰川融化,一些临海城市会被淹没。

重核聚变

行星发动机能量来源为重核聚变。

我们知道,核聚变和核裂变都会释放巨大的能量,并且理论上核聚变和核裂变的最终结果都是铁。氢聚变是氦,氦可以聚变成碳、氮、氧等,最终可以聚变成铁。

电影中“烧石头”产生重核聚变,为发动机提供能量,主要是在高温高压下,让石头中的氧元素和硅元素发生聚变。

目前,我们还没有实现氘的可控核聚变,去年美国可控核聚变实现了能量净增益,也就是产出能量大于了投入能量,一时轰动全球科技圈(氢弹属于核聚变,但不是可控核聚变)。科技界有句名言,人类距离可控核聚变永远只差50年。由此可见,反应条件更加苛刻的重核聚变,距离我们更加遥远。

逐月计划

地月间的引力,行星发动机全功率运转也无法抵消,于是在月球上安装了发动机,想把月球推出去,这就是逐月计划。

然而由于计划失败,反而导致月球撞向了地球,形成了月球坠落危机。

为了解决这个问题,物理学家们用到了希洛极限。何为希洛极限?当月球到达希洛极限位置,也就是地球半径的1.49倍处(距离地面约3000公里),由于月球近端受到地球的引力大,远端小,且近端自身引力小于地球引力,这时月球就会被肢解。然后通过在月球表面安装了上千枚核弹引发月核聚变,最终完成了逐月计划。

中科院物理所的的博士在这里又较了真,计算出了木星和地球的希洛极限小于木星半径(由于木星为气态行星)。所以第一部中,地球借助木星的引力弹弓加速离开时,不小心进入了希洛极限是个错误,因为撞上木星之后才能到希洛极限处。

移山计划

所谓的移山计划,就是将地球推离太阳系,这里用的是愚公移山的精神做比喻。

这里博士讲的是如何把地球推离太阳系。由于行星发动机提供的推力和太阳的引力相比,差距太大,不能反向推离太阳,而是通过霍曼转移轨道推离。

什么是霍曼转移轨道?我们发射卫星并不是直着向上发射,而是借助地球自转大概呈切线的方向发射,同理,推离地球则是沿着地球公转轨道的切线方向去推。

经过几次近日点变轨,到达木星轨道,然后借助木星引力弹弓,加速飞离太阳系。

目的地

《流浪地球》的目的地是距离太阳4.2光年的比邻星,然而根据观测,比邻星是三星系统,并不利于生存。中科院物理所博士给出了另一个方案,就是目前观测到的第二近恒星巴纳德星,距离地球6光年。

根据小说中的流浪地球计划,要用500年加速,1300年走完全程三分之二的距离,再用700年减速到围绕比邻星公转,共用2500年的时间,差不多是从战国时期到现在的时间。

计划宏伟!

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