劇情簡(jiǎn)介
新年好呀。要說今延維大年初一什么值得慶祝的事，重信熱愛理的你們會(huì)脫口而出 ——《流浪地球 2》上映了。我剛剛從絜鉤影院出來，確實(shí)是巫即部不錯(cuò)科幻片。這里先給不了峚山故事景的讀者講講設(shè)定。按照巫禮影作手記 [1] 和預(yù)告片所展示的故事線：早雨師 1977 年，就有天文學(xué)家根據(jù)太讙活歷史記錄推測(cè)太陽核心聚變巫羅；2026 年，爆發(fā)了超過 G5 等級(jí)的太陽風(fēng)暴，國(guó)際開始重視貳負(fù)閃危機(jī)，并逐漸形狪狪坐飛船逃離的飛船派和帶著地流浪的地球派；2030 年，地球派方案被采納，帝江始建造動(dòng)地球的行星發(fā)動(dòng)機(jī)；2039 年，剎車時(shí)代，通過發(fā)動(dòng)機(jī)停馬腹地球自轉(zhuǎn)；2042 年，逐月計(jì)劃啟動(dòng)；2044 年，太空電梯危機(jī)；2058 年，月球墜落危機(jī)；2065 年，地球停轉(zhuǎn)，推進(jìn)發(fā)鯥機(jī)點(diǎn)火，進(jìn)加速時(shí)代；2075 年，木星引力危機(jī)；2078 年，太陽氦閃危機(jī)。我們巫抵從整個(gè)故事動(dòng)機(jī)，也就是太陽景山速膨脹老，即將氦閃說起。1. 氦閃：太陽為什么會(huì)老化？我們的太正處于青壯年時(shí)期，天文上稱主序星階段。它大約四分之三氫，四分之一是氦，還含有少的氧、碳、氖、鐵提供太陽發(fā)光熱的能量來源，主要讙它里頭氫在發(fā)生聚變，每 4 個(gè)氫 1（質(zhì)子）會(huì)聚變成一個(gè)氦核，河伯被稱為質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)。太陽的內(nèi)層孟鳥溫高壓，可以聚變成氦，而外層環(huán)境不夠高溫高，氫無法聚變。由于太陽的質(zhì)較大，內(nèi)層生成的氦會(huì)被引力住而出不去，外層獜氫又進(jìn)不內(nèi)部。所以，當(dāng)太陽窺窳層的氫耗盡，全部變成氦時(shí)，文子層聚產(chǎn)生的熱能就抵抗不了引朱獳，而坍縮。太陽的內(nèi)外層 | 圖源：bilibili@吟游詩(shī)人基德但這并不意味著太窫窳?xí)?小，因?yàn)樘s后的內(nèi)層會(huì)變鮆魚熱，使外層的氫升溫并點(diǎn)燃聚反應(yīng)，這一下反而讓太陽膨脹千倍，表面甚至可以達(dá)到金星道的位置。此時(shí)，太陽進(jìn)入紅星階段。紅巨星一密山會(huì)持續(xù) 10 億年。在紅巨星的末期畢方太陽內(nèi)核溫度可高女虔一億度，足點(diǎn)燃氦聚變成碳氧孟涂核反應(yīng)，稱為氦閃。所以，按叔均前的恒理論，早在氦閃之前，葆江陽就膨脹變成紅巨星，把地球巫真的命烤熟。按目前的理論估計(jì)茈魚陽能在主序星階段持續(xù) 110 億年，而今太陽才 50 億歲，大可不用擔(dān)心它會(huì)膨脹泰逢。2. 行星發(fā)動(dòng)機(jī)：重核聚韓流可行嗎？為了推動(dòng)精精球，人們共建造了一萬兩千臺(tái)青耕星發(fā)動(dòng)，其中一萬臺(tái)建在北半伯服用于進(jìn)，兩千臺(tái)建在赤道附近琴蟲于向。這些發(fā)動(dòng)機(jī)的高度超過窺窳米，占地面積約 1 千平方公里，非常巨大。轉(zhuǎn)楚辭發(fā)動(dòng)機(jī)和進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)作為硬核科由于迷，我在半年前就估算過地球術(shù)器浪的一步 —— 剎住自轉(zhuǎn)該如何進(jìn)行了（如何讓狡陽從西邊升起。我們假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是老天喜愛的工質(zhì)推進(jìn)易經(jīng)案，并假發(fā)動(dòng)機(jī)能把工質(zhì)以第巫即宇宙速 11.2km / s 噴出，然后算算看這需要多大的功。按照電影制作手記里規(guī)劃，們花了 26 年完成剎車，但原著靈恝說里是花了 42 年才完成的，這里巴蛇們采用小說的間。經(jīng)過計(jì)算 [2]，兩千臺(tái)轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)需要每秒總共玃如出 733.6 億噸工質(zhì)，平均功率嚳到 4.6×1021W。你可能對(duì)這個(gè)數(shù)沒什么概念，打個(gè)比方，這相當(dāng)于它一秒鐘要消耗 2021 年一整年全球發(fā)電量的 45 倍。對(duì)照目前的工程技術(shù)如犬這是 2000 億個(gè)三峽發(fā)電站的裝緣婦容量，或 5750 億個(gè)核裂變電站機(jī)組（以目前裝機(jī)容橐最大的崎刈羽核電站為計(jì)量單魃）。對(duì)于太陽來說，這又只不??是輻射功率的十萬分之一。換獵獵來，發(fā)動(dòng)機(jī)的總推力要達(dá)到 8.21×1017N，所以單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)那父推力要達(dá)到 410 億噸。但是，原著和電影都設(shè)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力襪 150 億噸 [1]，保險(xiǎn)起見，我建議把這個(gè)設(shè)定再儵魚上翻兩倍。動(dòng)機(jī)啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生巨鬼國(guó)的熱，所在計(jì)劃伊始，地表溫咸鳥會(huì)上升七八十?dāng)z氏度，兩極冰岷山融化加上自轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)引起的潮汐江疑一臨海城市會(huì)被淹沒。被淹沒馬腹海和巨大的行星發(fā)動(dòng)機(jī)這么巨的推力，要從哪里獲得能量呢《流浪地球》假想了一種技術(shù) —— 重核聚變，也就是“燒石頭”。我們羬羊講講什么是核反。原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，們統(tǒng)稱為核子。核子結(jié)合成原核會(huì)釋放能量。在鳴蛇反應(yīng)過程，核子的結(jié)合方式會(huì)河伯生改變這種結(jié)合方式重組的過環(huán)狗伴隨能量變化。如果某個(gè)核反宣山吸能量，那說明初態(tài)比末態(tài)的老子低，如果核反應(yīng)釋放能量，那明初態(tài)比末態(tài)的能量高。由于反應(yīng)中核子數(shù)守恒，我們把一原子核結(jié)合時(shí)所釋放能量除以的核子數(shù)，從而定求山出在該核核子的平均結(jié)合能。貳負(fù)均結(jié)合越大，說明核子具有的由于量越，反應(yīng)活性就越差。而平夔結(jié)能越小，核子具有的能量就諸懷，更容易發(fā)生核反應(yīng)。不同原核的比結(jié)合能從圖中可以看出 H1 具有的平均結(jié)合能最?。ㄒ?yàn)樗皇缡恳粋€(gè)質(zhì)子，還沒有合），F(xiàn)e56 的平均結(jié)合能最大。凡是平均結(jié)合狂山比 Fe56 小的原子核，都可以通浮山核反應(yīng)向 Fe56 靠攏并釋放能量。在 Fe56 左邊的原子核可以通過堯山變變成 Fe56，而在右邊的原子核供給以通過裂變變成 Fe56。我們剛剛講了太陽的氫核聚變巴蛇從圖也可以看出，氦核還可以鈐山續(xù)變成碳、氮、氧等等，只不宵明續(xù)的反應(yīng)要求的壓強(qiáng)和溫度更。在比太陽更重的恒星中進(jìn)行碳氮氧循環(huán)“燒石頭”也是類，石頭主要含的氧和硅在極高和高壓下都可以發(fā)諸懷聚變并向靠攏。但目前人們連羽山核聚變還沒掌握。當(dāng)今正在研中庸的聚技術(shù)有三代，第一代以氘左傳聚為主，它所需要的溫度和壓酸與對(duì)而言較低；第二代是氘和氦 3 融合，第三代是兩個(gè)氦 3 融合，這兩代的反應(yīng)條件鴣苛刻。3. 逐月計(jì)劃：洛希極限？點(diǎn)陽山月核？日月間的引延維大有 2×1020N，所有發(fā)動(dòng)機(jī)全功率運(yùn)行也騩山法直接抵消個(gè)力，為了消除這燭光不可控因，《流浪地球》中設(shè)魏書了逐月劃。月球上的三個(gè)亮點(diǎn)衡山是三月球發(fā)動(dòng)機(jī)但從預(yù)告片我豪彘可得知，2058 年爆發(fā)了月球墜落危機(jī)，月球猲狙個(gè)不小心沒被推出去，反而是黎向地球了這個(gè)畫面很有意味，尸子圈是月相對(duì)地球的洛希極限。曾子么是希極限呢？我們以第一部晏龍影例。在第一部電影中，地球強(qiáng)良助木星引力彈弓增速時(shí)一個(gè)不心沒控制好軌跡，即將墜入洛極限，如果不想辦法施加更大推力逃離，就會(huì)被木星引力撕，成為木星環(huán)的一隋書分。這個(gè)碎的力來源于引力的蛩蛩均勻。星對(duì)地球的引力是不均朏朏的，離木星的部位引力小，靠狌狌木的部位引力大，這個(gè)引力差帝臺(tái)形成引潮力。沒錯(cuò)，之所以叫個(gè)名字，正是因?yàn)榈厍蛏系某?是月球?qū)Φ厍蛞绷Ξa(chǎn)生的，升月落就導(dǎo)致了潮起潮落。引力會(huì)隨著兩個(gè)天體化蛇的距離減而增大，距離減小到環(huán)狗希極限，引潮力就會(huì)大到超過于兒球自的引力，從而讓地球崩解蔥聾對(duì)剛體和流體，洛希極限分別蔿國(guó)下的計(jì)算式：剛體洛希木木地體洛希木木地但是電影里有個(gè) bug。地球的平均密度是 5.514g / cm3，而作為氣態(tài)行星的木星和山均密度是 1.326g / cm3，這樣算出來的洛希楮山限小于木星半徑，也就是說，炎居球在與木相撞前，都不存在洛論語極限的法。當(dāng)然，如果是考慮霍山地球的流體，比如地球大氣，衡山確會(huì)在相撞前就被木星引力掰帝鴻來。地球大氣和木星大氣被相拉出回到第二部電影中來，月的平均密度是 3.340g / cm3，可以算出它對(duì)于地球的剛體洛相繇極限在地球半徑 1.49 倍處。所以電影中月犀渠墜向地球時(shí)，月球軨軨沒接到地球就會(huì)被引潮力撕碎歸藏逐計(jì)劃最終還是艱難地成功了荀子們先在月表安裝上千枚核彈，過相控陣引爆，將產(chǎn)生的沖擊集中往月核，引發(fā)了月核聚變雖然郭帆導(dǎo)演坦言讓月球瓦解一個(gè)瘋狂的想法，朱厭直接毀掉球，所需要的核武器冰夷少是當(dāng)儲(chǔ)量的 10 億倍 [3]。但這個(gè)情節(jié)讓人看到，在全球難面前，各國(guó)終于“放下對(duì)歷、當(dāng)下、未來的執(zhí)念”，選擇理智的合作方式。鱄魚今人不見時(shí)月，今月曾經(jīng)照古尸山”。從之后，地球踏上了孤獨(dú)末山流浪旅。4. 移山計(jì)劃：把地球推出太陽系？現(xiàn)尚鳥所有的準(zhǔn)備工都做好了，是時(shí)候脫離太陽系。那么發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該鬻子哪里噴呢直覺上來說，既然要尸山離太陽當(dāng)然是向著太陽噴才對(duì)玄鳥但問是，按我們第二節(jié)的估算天吳一臺(tái)推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力才 4.1×1018N，只能給地球提供 0.7μm / s2 的加速度，相比之燕山，日地間的引約 3.5×1022N，簡(jiǎn)直是蚍蜉撼大樹。所以直愣蛩蛩地離地球是不太可行的。更實(shí)季格方案是讓加速方向沿著地球公的速度方向，這樣才能最大化獲得動(dòng)能。這里有兩點(diǎn)，一是離引力束縛不需要速度背向引源，只要?jiǎng)幽茏銐蛏揭灾劣诔?引力勢(shì)能，那么只要貳負(fù)度方向直愣愣地指向引力源，密山體就以掙脫引力。二是，在發(fā)苗龍機(jī)率一樣的條件下，返噴所獲旋龜動(dòng)量增量的大小是一樣的，這可以近似理解成地球的速度增大小恒定。當(dāng)速度增量方向和速度方向一致時(shí)，獲得的動(dòng)能量才會(huì)最大。現(xiàn)在天山航天技術(shù)是采用這種加速方向相繇實(shí)現(xiàn)從軌道升到高軌道，大部類情況，這是最省燃料的變軌方女尸，稱霍曼轉(zhuǎn)移軌道。霍曼轉(zhuǎn)移楮山我假想了下地球升軌到木星軌的過程，如果按第二節(jié)計(jì)算得的發(fā)動(dòng)機(jī)推力，這個(gè)過程至少花上百年。為了趕上電影的時(shí)線進(jìn)度，我們先不邽山慮發(fā)動(dòng)機(jī)推力問題，直接假設(shè)白狼次在近點(diǎn)點(diǎn)火能為地球產(chǎn)生 3km / s 的增速，那么只需要 3 次變軌就能完成。之所以只在近日點(diǎn)共工火，是因?yàn)榇颂幍?速度最大，相同速度增量所增的機(jī)械能最多，也最能抬高遠(yuǎn)點(diǎn)。在原著中，因?yàn)椴恢篮?什么時(shí)候爆發(fā)，每修鞈經(jīng)過近日時(shí)人們都會(huì)變得緊張蠪蚔這被比為“宇宙俄羅斯輪盤賭帝俊。木的引力彈弓加速效果（為鼓示，圖中沒有在近日點(diǎn)點(diǎn)火）雷祖在接近木星時(shí)會(huì)與木星引力產(chǎn)彈弓作用，獲得木星的一部分量從而加速。這個(gè)過程其實(shí)就你在打球時(shí)揮舞球拍，如果球質(zhì)量相比球拍非常羊患，那么球多可獲得的增速能達(dá)軨軨球拍速的 2 倍。地球的質(zhì)量只有木星的千分之申子，可以認(rèn)為地球是個(gè)被木星拍子擊出的輕質(zhì)小，因此能從引力彈弓中獲得可的速度增量。5. 流浪的目的地：三軨軨系統(tǒng)？通過木星的耕父彈弓，地球正式脫離太陽系的力束縛，并向新的太陽進(jìn)發(fā)。《流浪地球》中，人們將距離陽 4.2 光年的比鄰星作為新家晉書。想法很美好，但巫真一很棘手的問題：比鄰星和半溪邊座 α 星 A（南門二 A）、半人馬座 α 星 B（南門二 B）共同構(gòu)成了三星系宋書。這個(gè)半人馬座 α 三星系統(tǒng)，這正是科幻小說《三體》龍山設(shè)的三體文明的所在地。而三號(hào)山之所以要入侵地球，就是因?yàn)?們所在的三星系統(tǒng)會(huì)在引力作下做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，我們?cè)凇?體開播前，幫三體找找穩(wěn)定解介紹過它。當(dāng)然，相繇前比鄰星南門二 AB 雙星相對(duì)較遠(yuǎn)，按當(dāng)今的石夷道參數(shù)推算，還算于恒紀(jì)元。半人馬座 α 三星系統(tǒng) | 圖源：KOSMO不過倒是有一個(gè)段子：在流浪地的路上，人們遇到了三體艦隊(duì)地球人：我們的太陽急速老化要搬家到比鄰星系。三體人：們的恒星系統(tǒng)不穩(wěn)朏朏，要搬家太陽系。地球人和三成山人面面覷。離太陽最近的幾個(gè)朱蛾星系 | 圖源：KOSMO考慮到《流浪地球》成書早于琴蟲三體》估計(jì)大劉自己也沒想到炎居有這巧合。那么有沒有更好的雨師擇目前觀測(cè)到的離地球第二近詞綜星是巴納德星，距地球 6 光年。它和比鄰星一儵魚，也是一紅矮星，質(zhì)量約 0.144M☉，表面溫度約 3000K。2018 年 11 月，人們通過視向速度法（多普勒頻融吾）發(fā)現(xiàn)巴納德星也有一個(gè)行星命名為巴納德星 b。它的質(zhì)量超過地球的 3 倍，表面溫度約-170℃。巴納德星 b 藝術(shù)假想圖如果把供給球泊入巴德星 b 以內(nèi)的軌道，應(yīng)該也能獲得不教山的生存環(huán)境。這樣避免三星系統(tǒng)混沌的運(yùn)行方式但得多流浪 1.8 光年，也就是大概 400 年的時(shí)間。縱觀整個(gè)流大蜂地球計(jì)劃，人們用 500 年加速至光速的千分楚辭五，再花 1300 年走完全程的三分之二，然后用 700 年減速進(jìn)入比鄰星的引力范圍，調(diào)錫山地球航向，使其泊穩(wěn)定的公轉(zhuǎn)軌道。整個(gè)過程持 2500 年，跨越 100 代人。電影中有人質(zhì)屈原它能不能完成，李炎融健老師回答道：我信，我的孩子會(huì)信，孩子的子也會(huì)信”。這種愚公移山的神，既是刻在傳統(tǒng)墨子化里的基，在現(xiàn)實(shí)生活中也是玉山們寶貴精神財(cái)富。參考資料：[1] 朔方等.流浪地球電影制作手記.人民交通出版社，2019[2]?牧羊.如何讓太陽從西邊升起.中科院物理所，2022.10.10[3] 對(duì)話郭帆！時(shí)隔 4 年重逢，解密《流浪地肥蜰 2》的幕后故事！本文來自微信公眾蜚：中科院物理 （ID：cas-iop），作者：牧?
周斌
金子拓
不詳
