《流浪地球》你需要知道的硬核科學(xué)梗

茍利軍

人類能讓地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)嗎？

在“流浪地球計(jì)劃”中，第一步就是讓地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這是影片旁白中提及的內(nèi)容。但是，地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)真的可以實(shí)現(xiàn)嗎？

我們先做一個(gè)簡單的對(duì)比，來了解地球的轉(zhuǎn)動(dòng)能量有多巨大。歷史上人類曾經(jīng)實(shí)驗(yàn)過的釋放能量最強(qiáng)的大伊萬氫彈，釋放的能量差不多是5000萬TNT當(dāng)量，也就是2.1E17焦耳。然而這與地球的轉(zhuǎn)動(dòng)能量相比，還是小巫見大巫。地球的轉(zhuǎn)動(dòng)能是2.24E29焦耳，大約相當(dāng)于1萬億個(gè)大伊萬氫彈同時(shí)爆炸。

地球示意圖。

按照電影所說，每個(gè)行星發(fā)動(dòng)機(jī)通過重核聚變能夠產(chǎn)生150萬億噸的推力（實(shí)際上要想產(chǎn)生這么高的推力是做不到的），將此應(yīng)用到地球質(zhì)量上，我們會(huì)得出加速度大約是0.00000025 m/s2，地球在赤道附近的轉(zhuǎn)動(dòng)速度大約460 m/s。對(duì)于一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，如果能持續(xù)不斷地產(chǎn)生反推力，也需要21857天（大約60年）才能夠讓地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

影片中，1萬臺(tái)行星發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中有一部分是位于赤道之上用于減速的，如果這部分發(fā)動(dòng)機(jī)可以達(dá)到100臺(tái)左右的話，那么就可以在相對(duì)很短的時(shí)間里停止地球轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然，前提是要求這些發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，并且提供相同的反推力。更大的問題是，如果每臺(tái)行星發(fā)動(dòng)機(jī)真能夠產(chǎn)生這么大的推力，地殼也會(huì)因承受不住而被撕裂。

總體而言，帶著地球去流浪，并不是一場說走就走的旅行。對(duì)于人類來說，讓地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)幾乎是不可能的事。

地球停轉(zhuǎn)后會(huì)發(fā)生什么？

電影《流浪地球》中的行星發(fā)動(dòng)機(jī)。

地球一旦停止轉(zhuǎn)動(dòng)，幾乎所有大陸都會(huì)被海洋淹沒。原因很簡單，地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)殡x心力的作用，作為液態(tài)的海洋會(huì)朝向赤道附近聚集，所以一旦地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這些水會(huì)向兩極流動(dòng)，從而造成大陸被淹沒。

值得注意的是，此時(shí)赤道附近的唯一大陸，也是充滿危險(xiǎn)的。在地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同樣因?yàn)殡x心力的作用，赤道地殼會(huì)顯得更為突出，然而停轉(zhuǎn)時(shí)，赤道附近很可能出現(xiàn)板塊坍縮，從而引發(fā)全球地震或海嘯。電影中展現(xiàn)了被冰封但保存完整的世界，實(shí)際上地上的行星發(fā)動(dòng)機(jī)很難保存，地下城也可能毀于一旦。

引力彈弓是怎么回事兒？

木星引力是如此之強(qiáng)，為何地球不躲著木星行駛？電影中，聯(lián)合政府本來想通過一種叫引力彈弓（gravitational slingshot）的效應(yīng)，使木星對(duì)地球進(jìn)行加速，沒想到部分行星發(fā)動(dòng)機(jī)失效，導(dǎo)致地球被木星吸引，引發(fā)了后續(xù)的災(zāi)難。

引力彈弓效應(yīng)在探測器飛行中被廣泛使用，通常被當(dāng)做一種節(jié)省能源的加速方式?！奥眯姓咭惶?hào)”就是利用木星和土星兩次引力加速，才得以逃出太陽系。該效應(yīng)原理簡單，因?yàn)樾行潜旧硪苍趪@太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，所以當(dāng)行星吸引探測器或其他天體時(shí)，就賦予了它們一部分速度，當(dāng)它們逃離時(shí)，就相當(dāng)于被加速了。

“旅行者一號(hào)”探測器。

剛體洛希極限是什么？

電影《流浪地球》中的“領(lǐng)航者”號(hào)空間站。

電影中出現(xiàn)了一個(gè)燒腦名詞：剛體洛希極限。簡單來說，就是一個(gè)類似地球的巖質(zhì)天體被木星的潮汐力撕碎的極限半徑?？梢韵胂螅坏┰竭^洛希極限，地球會(huì)被粉碎，人類無一生存，“流浪地球計(jì)劃”隨之破滅。這也是為什么電影中聯(lián)合政府看到地球即將跨過洛希極限點(diǎn)時(shí)，打算放棄地球，只保留太空站，讓太空站成為人類文明存續(xù)的諾亞方舟。

不過，我們計(jì)算過木星和地球系統(tǒng)的剛體洛希極限點(diǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個(gè)半徑比木星的半徑還要小，所以地球撕裂現(xiàn)象并不會(huì)發(fā)生。

木星可能被點(diǎn)燃嗎？

木星大紅斑中的氫可能被點(diǎn)燃嗎？木星的氣體沖擊波真能將地球推走嗎？答案就是：這兩個(gè)情形都不太可能發(fā)生。

如果要想讓大紅斑中的氫燃燒，需要地球有充分的氧氣混合。即使包含有氧氣的地球大氣吸積到木星表面，因?yàn)闀r(shí)間很短，也不會(huì)和氫氣均勻混合，所以產(chǎn)生大規(guī)模燃燒的可能性非常小。假若燃燒可以發(fā)生爆炸，產(chǎn)生非常強(qiáng)的沖擊波，也不太可能對(duì)地球本身產(chǎn)生極大的影響。

木星示意圖。

比鄰星是不是流浪地球的好歸宿？

逃離木星僅僅是“流浪地球計(jì)劃”萬里征途中的小插曲。在前往比鄰星的路途中，地球還有很長的距離要“流浪”。木星軌道外，除了有包含冥王星的小行星帶（俗稱柯伊伯帶），最外層還有球形奧爾特星云。因此地球如何避免被小行星碰撞，也是一個(gè)難題。（編者注：有意思的是，“流浪地球計(jì)劃”的終點(diǎn)比鄰星，就是《三體》中三體人的母星。）

另外科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，比鄰星周圍并不適合生命居住。比鄰星的質(zhì)量只有太陽質(zhì)量的1/7，所以適合生命發(fā)展的宜居區(qū)距離中心恒星很近，劇烈的爆發(fā)有可能會(huì)將存在的生命殺死。

一顆小型巖石行星圍繞比鄰星運(yùn)行的示意圖。

無論如何，地球的流浪之路會(huì)非常艱辛曲折。不過人類面臨危機(jī)時(shí)，將地球當(dāng)做飛船移走，是一個(gè)非常大膽且富有想象力的方法。電影作為一門藝術(shù)，不應(yīng)完全是生活或科學(xué)的再現(xiàn)。所以我覺得，盡管《流浪地球》中有一些不合科學(xué)常理的設(shè)想，但是依舊值得我們?yōu)橹恼啤?/p>

科學(xué)是人類進(jìn)步的動(dòng)力，而想象則為人類進(jìn)步指明了方向。