了解這些「硬核科學點」再看《流浪地球》,你就是小夥伴裡的高人!

2021-01-13 錢江晚報

浙江24小時-錢江晚報記者 章咪佳 通訊員 周雨晴

「天黑了。」

「最長的一夜。」

東半球的這一夜將延續兩千五百年,一百代人後半人馬座的曙光才能再次照亮這個大陸……

大年初一,根據劉慈欣的同名小說改編的科幻電影《流浪地球》上映。電影講述了一個地球遷移的故事。

全球人民空前團結,他們計劃將地球送往半人馬比鄰星,要實現這一目標,他們制定了五個步驟。而這個流浪地球計劃總耗時2500年。

為避免過多劇透,我們結合原著,跳開具體劇情,談一些硬核科學點。

【氦閃是什麼?】

故事的框架建立在科學家們發現太陽老化後,人們通過各種數據得出太陽短時間內會產生巨變,形成氦閃。

往日的無數個歲月裡,太陽是人類的精神支柱,它養活了植物,照耀了地球,維繫著整個太陽系。然而最終卻變成了死亡和恐怖的象徵。晚年的太陽究竟怎麼了?

同太陽一般的中等質量恆星,都屬於恆星赫羅圖中的黃矮星。在太陽將要死亡的時候,它會變成一個紅色超巨星,在期間還有一次氦閃現象。這是一種劇烈的恆星爆炸所產生的事件,太陽中的氫轉化為氦的速度加快,這一過程會產生大量的輻射能,致使太陽內部的溫度越來越高,一旦溫度達到一億開爾文,聚集在太陽核心的氦元素會發生核聚變,這爆炸產生的能量能夠瞬間毀滅整個地球的生命和生態環境,這種情況下即便是有生物能夠倖存也會因為無法適應環境而死亡。

在晚年時候的太陽有序內部的燃料氫元素變得越來越少,核聚變反應之後的產物氦元素越來越多,每次經過15~35億年,太陽才會發生一次氦閃現象。

太陽氦閃爆發之後,會進入劇烈的暴漲階段,氦元素進一步聚變成鋰元素,再進一步聚變成鈹元素、硼元素,碳元素和氧元素等層層遞進,在整個紅巨星期間,太陽的體積會膨脹五千萬甚至上億倍,屆時它的巨大體積將吞併水星、金星和地球的軌道,並且迫近火星軌道,毫無疑問,這個時候的地球如果還在如今的軌道上的話,它將會被太陽吞併,在速度減慢的情況下墜入到太陽的核心,成為太陽的一部分。

【地球真的能夠「流浪」嗎?】

《流浪地球》中的核心科技是「行星發動機」,它們的主要作用就是將地球推離太陽,推進地球在太空「流浪」,直到地球進入離太陽最近的比鄰星軌道。那這一場帶上背包說走就走的旅行,可行度究竟有多少呢?眾多網友紛紛對此進行計算與分析。

1、地球每秒鐘從太陽獲得1.73*10^17焦耳的能量,其中70%被吸收,30%被直接反射。這些吸收的能量佔了地球能量總收支的99.9%以上,相比之下地球內部每秒產熱只有4.5*10^13焦耳左右,潮汐能和人類燃料產能更少。來自太陽的能量不但維持了地表溫度,保證了光合作用的進行和生物圈能量循環,還直接驅動了大氣環流和洋流,促成了地表的物質循環。

地球不是一個孤立體系,驅動它運作的是源源不斷的太陽輻射輸入,而人類在離開太陽的過程中,竟然沒有對這一缺失做出任何彌補!

2、地球尚且可以近似為一個封閉體系,而人類社會是徹頭徹尾的開放體系,需要大量來自地球生態系統的物質輸入。但是現在地球生態系統毀了,人類就要面臨一些很基本又很難堪的問題,比如食物和空氣從哪來?

3、當人們經過了兩千五百年的漫長徵程,終於抵達了半人馬阿爾法星。萬物如何復甦?

首先,我們要避開冷卻的巖漿區。強大的發動機推力一定會促使板塊運動更為活躍,帶來大量的火山爆發。然後,檢視殘餘的地表。考慮到地球之前經歷了快速的溫度變化(發動機的作用,還有日地距離的大幅變動),地表植被一定早就大批死去了,由此帶來的嚴重水土流失,也會損失大批的土壤。再然後,考慮土壤裡的種子。鑑於地球的降溫不可能像人體冷凍技術那樣迅速,其中的水分一定都結成冰晶了,這就宣告了絕大多數植物種子的死刑,可能相當一部分土壤微生物也不能倖存。至於多細胞動物,那肯定是近乎全滅了。

或許地球和人類有幸到達了比鄰恆星,但地球將不再是地球,人類也將不再是人類,使得地球再次生機盎然,或許比改造另外一個星球更困難。

【宇宙中的「流浪星球」】

世界上有一隻最孤獨的鯨魚叫Alice,它的聲音頻率高達52赫茲,而正常的鯨魚聲音頻率都在15到25赫茲之間,它拼命想要與其他鯨魚交流,卻沒有任何同類能聽得到。在宇宙中,也有一群與Alice相似的星體,它們就是孤獨的「流浪星球」。

天文學中對於流浪星球的定義是這樣的:在其周圍十個天文單位(一個天文單位為地球到太陽之間的平均距離)之內都沒有發現能作為其旋轉中心的恆星的星球。眾所周知,地球是圍繞著太陽公轉的,有著近似於圓形的橢圓運動軌跡。然而,流浪行星雖有著行星的質量,卻不圍繞任何恆星進行公轉,它們受其它星體的集體排斥,被無情的拋出原本圍繞的恆星,就像被人遺棄的孩子,流落在外。

可能因為長久不與其他星球交流,它很「冷漠」的表面溫度只有1500華氏度,這對於人類聽起來很熱,但是對於他龐大的體積來說,這個溫度過於冰冷。

是什麼造成了孤獨的流浪星球的存在?科學家是這樣解釋的:在很久以前,這些流浪星球也有屬於自己的母星。但是後來,由於它的母星發生了引力失常,引力混亂等情況,這個星球被踢出了恆星。失去了母星的引力,這些流浪的星球便只好如斷了線的風箏飄蕩在宇宙中,不知道何時才能找到依靠。科學家們表示,銀河系中的「流浪星球」可能多達數千億顆。

然而孤獨的星球或許並不寂寞。法國天文學家Sean Raymond曾發表文章說:流浪星球內部的熱量可以導致水溶液的形成,而且其表面厚厚的大氣層可以使它產生適宜的溫度,雖然流浪星球沒有繞著恆星運動,但其自身的條件仍可能使它存在生命跡象。

或許人類已經對地球了如指掌,但面對宇宙,我們仍是渺小而無知的。

「希望是這個時代的黃金和寶石」,《流浪地球》的導演表示,電影想要表達的是不論是對未來的嚮往還是對未知的恐懼,這個時代是有東西可以讓人感到敬畏、產生崇拜的——宇宙和科學。

在這一場長達2500年的「春運」中,我們試圖以蜉蝣之力對抗宇宙洪荒,在寒冬中尋找希望。

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