别光看特效!刘慈欣、吴京带你看懂《流浪地球》里的科学奥秘

期盼已久的春节档最刺眼的片子——《流离地球》终于上映了!这部由刘慈欣小说《流离地球》改编的同名片子,历时4年与不雅众碰头,仿佛让人等了几个宿世纪之久。终于,今天中国科幻片子正式起航!

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本片除刘慈欣监制以外,更有吴京、李光洁、吴孟达等壮大演员声势助阵。超前点映口碑炸裂,看过的不雅众纷纷暗示“稳了”!

被誉为今世中国科幻“四大天王”之一的作家韩松撰文:“很多多少人都看哭了”。

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金马影帝、十亿票房担任的徐峥直接给出了最高评价——

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显然,为了打造中国第一部真正的硬科幻片子,剧组做了大量的功课,整部片子对太空、航天、机械等有着丰硕的表示。无论你是不是科幻迷,这都是一部值得二刷三刷的片子!


刘慈欣、吴京、龚格尔标的目的科普中国的网友贺年

硬科幻的魅力是什么?大要就是能跳出故事自己,让我们对糊口发生纷歧样的思虑。实际中,“流离地球”真的可能发生吗?明知接近木星有危险,为什么地球还要走这条路?

带着各种疑问和思虑,让我们一路恶补,配合走进科学的奥秘!

为什么要去木星?

故事布景是如许的:太阳急速老化,不竭膨胀,太阳系已经不适合人类保存,于是人类为本身选了一个新的家园——比邻星(半人马座三星)。

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比邻星同太阳一样,都是恒星,但质量只有太阳的八分之一

地球是个庞然大物,半径6371公里,重达59万亿亿吨。但人类造出了同样复杂的行星策动机,足以在5年摆布将地球推进到逃逸速度(离开太阳引力的最低速度)。

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行星策动机示意图

但这个速度还远远不敷。比邻星(半人马座三星)距离地球4.3光年,若是按照逃逸速度航行,需要7.7万年才能抵达,这其实是太漫长了!

即使行星策动机继续加快,达到光速的百分之一仍然不成行。于是人类想到了借助木星的“引力弹弓”,令地球零耗损改变偏向、晋升速度,最后达到比邻星。

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那为什么行星策动机不克不及加快到百分之一光速呢?这是因为行星策动机的能量来自“重元素聚变”。

重元素聚变有什么限制?

所谓重元素聚变并不是什么稀奇玩意儿。在宇宙深处有不少恒星“巨无霸”,内部就在进行着重元素聚变。

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重元素聚变的质能转换效率是半斤八两低的。最乐不雅估量,地球要达到逃逸速度,也必需烧失落7亿亿吨的石头,半斤八两于把全球的地面挖失落40米做为燃料;要达到光速的百分之一,则必需削去地壳的一半。

若是无法靠本身的力量鞭策地球,那就借助精巧的轨道计较,操纵天文标准的力量——万有引力。于是人类将目光投标的目的木星,这就是片子前半段上演的。

木星的引力弹弓是怎么回事?

航天中存在引力弹弓现象,操纵它,可以令航天器零耗损低改变偏向、晋升速度,送达方针轨道。

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引力弹弓一般发生在一对重量相差悬殊的天体之间。这里我们用木星(红色球)和地球(蓝色球)举个例子,如图a和图b所示。

地球以速度V接近木星,而木星在轨道上以速度U运行↓↓↓

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图a 引力弹弓的示意图

足够接近后,地球被木星引力抓住,牵引,优雅地转体半周,然后像掷铁饼那样甩出去↓↓↓

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图b 引力弹弓的示意图

感激木星甘当人梯的奉献精力,地球获得了木星的轨道速度U,叠加上原有的速度V,速度增添到了U+V。地球的速度和能量都增添了,却没有耗损任何燃料,就奔着新家园去了。

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但若是变轨时离一颗巨行星太近的话,这趟“不雅光观光”可就要不怎么兴奋了。

接近木星时,行星策动机多量熄火

本地球接近木星时,人类俄然遭遇了庞大危机:数千台行星策动机故障熄火了,全球地动,火山爆发,岩浆淹没了地下城……

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图中红线部门为长城

为什么几千台策动机遇同时熄火呢?为什么地动、火山都赶在这个时辰来凑热闹呢?这一切灾难的根源是“洛希极限”,简单说就是地球离木星太近了,太近会发生什么呢?

跨越洛希极限会发生什么呢?

洛希极限(Roche limit)是天文学中的一个特别的距离。当两个天体的距离少于洛希极限时,它们就倾标的目的于被“潮汐力”撕碎。

计较表白,地球和木星的距离若是低于103万公里,那么大气就会在潮汐力的感化下离开地球;若是距离低于7.44万公里,那整个地球城市被撕碎。

潮汐力有多恐怖,我们拿一个茶壶和茶杯举例子:

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图 c 用来演示潮汐力的茶杯

我们在杯壁顶部倒一些水,让它在重力感化下标的目的着杯底滑落。越接近杯底,水滴会越拉越长,最后被拉扯到了扯破的极限。这个极限就可以被认为是这个茶杯对水滴的“洛希极限”。

木星的引力场,现实上就是如许一个“茶杯”。地球尺寸很大,当它接近木星时,离木星较近一侧受到的引力,将比力远一侧大得多,是以会像水滴一样被逐渐扯破。

《流离地球》片子中,地球已经达到了地木“流体洛希极限”(地木距离103万公里)。在此处,液体和气体不再能被地球引力束厄局促,而倾标的目的于逃逸;而岩石还勉强能凭借自身的硬度对峙一会儿↓↓↓

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图 d 地木流体洛希极限模拟(二维简化模子)

再接近木星一点,地球将进入地木“刚体洛希极限”(地木距离7.44万公里)。在此处,就连坚硬的岩石城市被引力差撕碎,地球将彻底解体↓↓↓

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图 e 地木刚体洛希极限模拟(二维简化模子)

可以想象《流离地球》中,人类面对的是如何的绝望了。太接近木星不可,那样会被潮汐力撕碎;太远离木星也不可,那样无法借助引力弹弓变轨……

好的科幻对科学有指标的目的意义

限于时候和篇幅,在此只能对《流离地球》中两个关头情节的科学布景进行会商。现实上片子中涉及的科学常识很是多,设心猿意马详实,且高度融入剧情。

最主要的是,它们引出了良多值得思虑的问题。从这个角度看,一部好的科幻片子真的能开启不雅众、尤其是孩子们的想象力与求知欲。好的科幻作品,尤其是硬科幻,对于科学是有比力强烈的指标的目的意义。

在春节之际看到如许一部国产科幻片子,娱乐之余,还能传递科学常识与科学精力。

让我们一路为中国科幻点赞!


  • 发表于 2019-02-08 23:28
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  • 分类:科学教育

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不写代码的码农
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