《流浪地球》里的科学故事

  • 2019-02-13 10:52
  • 来源: 北京日报

  人类是否能够让地球停止转动?

  在“流浪地球”计划中的第一步就是让地球停止转动,尽管在电影中没有直接展现这一场景,但是电影当中的旁白中有所提及,让我们就先来看一下这个停止转动是否可以实现。

  我们先来了解一下地球的转动能量是多少,可以很容易从网络上搜索到,是2.24×1029焦耳,这个能量是非常巨大的。

  让我们做一个简单的对比:一颗原子弹释放出来的能量差不多相当于1百万个TNT当量,或者相当于4.2×1015焦耳,而历史上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2.1×1017焦耳。地球的转动能量大约相当于1万亿(1012)个大伊万氢弹同时爆炸。

  不过或许在不远的未来,人类能够熟练掌握了重核聚变能力的话,产生能量的能力将极大提高。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。通过简单计算我们可以推论,这样一台发动机如果能够在赤道上持续不断地产生反推力,那么也需要21857天(大约60年)的时间才能够让地球停止转动。

  不过按照电影所言,人类制造了一万个这样的行星发动机,其中一部分是位于赤道之上用于减速的,如果数量可以达到100个左右的话,那么就可以在相对比较短的时间停止地球转动。这在理论上是可能的,不过实现的难度也不算小。

  一旦地球停止转动,将会发生什么?

  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。在电影当中,人类移居到了地下生活。

  那么人类有可能还在地球表面生存吗?根据美国ESRI公司的动画模拟,最终几乎所有的大陆都会被淹没,只剩下赤道附近的一圈超级大陆凸显出来。值得指出的是,即使这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,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。

  而且,因为没有了转动,所以地球将会有固定的一面朝向太阳,另外一面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。电影中的中国救援队长在地球表面运送行星发动机救援修复设备时,也提到了穿越极夜区。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。

  为什么流浪地球要驶入木星周围?

  整部电影所展现的一个主题就是如何摆脱木星的“刚体洛希极限”点。这里我们需要先明白地球驶入木星周围的原因。

  木星引力是如此之强,为何地球不躲着木星行驶?其实在电影当中,联合共和国政府本来想通过一种叫作“引力弹弓”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。其实引力弹弓效应在探测器飞行中被广泛使用,通常被当作一种节省能源的加速方式,“旅行者一号”探测器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。

  “流浪地球”,这个大胆而美丽的想象值得我们向往。作为中国第一部科幻大片,《流浪地球》带给我们很多欣喜。中国的科幻电影之路,也如中国的科学发展之路,路漫漫其修远兮,还需大家的共同努力。(苟利军 中科院国家天文台研究员;黄月 媒体人)

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责任编辑:徐梅

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