《流浪地球》從大年初一到初八，熱度不減，很多人都是迫不及待地去欣賞了這部電影。現實中，「流浪地球」真的可能發生嗎？你真看懂《流浪地球》了嗎？讓STEM陪你一起探索科學的奧秘。
S. 科學（Science）
「氦閃」是什麼現象？
太陽會不會熄火？
從恆星的演化規律上來講，太陽是會有熄火的那一天，不過是在遙遠的50億年之後。簡單來講，當太陽核心中的氫燃燒殆盡，生成的氦元素在引力的作用下坍縮，釋放的能量進一步升高溫度，點燃核心周圍的氫殼層，然後太陽迅速膨脹，成為一顆紅巨星。
有理論認為，太陽演化生成的紅巨星非常巨大，最遠能夠膨脹到地球軌道。這樣，水星、金星和地球都會逐漸墜入太陽而毀滅。其實，早在太陽吞噬掉地球之前，地球上的海洋早已被膨脹的紅巨星烤乾，生命不復存在。
圖註：太陽從誕生到膨脹為紅巨星的過程。
氦閃是發生在質量介於0.5倍到2倍太陽質量的恆星演化末期。當核心處的氫燃燒殆盡，形成的氦堆積在核心處，氦不斷積累自我壓縮，密度增加到一定程度形成「簡併態」，處於簡併態的物質靠簡併壓（一種量子力學效應）支撐著自身重力，而非靠熱壓力支撐。核心處的氦的自我壓縮，還會讓溫度升高，然而簡併態物質有一個奇怪的特性：溫度升高並不會導致其發生熱膨脹，也就不會吸收熱量，而且簡併態物質的熱傳導性非常好，當溫度一路飆升至1億度時，氦就受不了了，發生猛烈的熱核燃燒，短短幾分鐘就把核心6%的氦元素變成碳元素。對於太陽質量的恆星來講，氦閃釋放的能量相當於太陽燃燒3000萬年。
然而，據計算，如此巨大的能量並不會對紅巨星的外觀造成什麼可觀測的影響，因為這種能量釋放發生在恆星的深處，巨大的能量釋放讓熱壓力超過簡併壓，核心物質脫離簡併態而膨脹，大部分能量都耗費在驅動核心物質膨脹當中，剩餘的少部分能量被厚厚的外殼吸收。實際上，並不會發生電影中看到的劇烈景象。
簡單總結一下氦閃的過程：氫燃燒變成的氦物質堆積在太陽核心，核心的物質越來越多，然後發生收縮溫度升高，但核心的物質處於簡併態，溫度的升高並不能使其自動停止收縮，溫度會越來越高，當跨過1億度的門檻時，就發生了猛烈的爆炸式氦燃燒，數分鐘內就把能夠燃燒的氦變成了碳。但氦閃釋放的能量都被太陽本身吸收，表面居然看不出內部發生了什麼。
質量小於0.5倍太陽的恆星沒有足夠的能力發生氦閃，而質量大於2倍太陽的恆星，發生的是穩定的、溫柔的氦燃燒，無需發生氦閃。獵戶座中大名鼎鼎的「參宿四」就是一顆質量是太陽10倍的紅巨星，核心正在發生氦平穩燃燒變成碳的過程。對於恆星的演化而言，質量幾乎決定一切，當然還要考慮其金屬豐度。
圖註：位於獵戶座之肩的參宿四，這是一顆核心正在燃燒氦的紅巨星。如果把這顆恆星放在太陽的位置，表面甚至可以觸達木星軌道。
T. 技術（Technology）
木星引燃計劃
七萬公裡外氫氣爆炸，能推動地球改向？
這一點科學家認為不靠譜，先不說木星能否吸走地球部分大氣混合氫氣形成爆炸前提，就說爆炸本身。如果某種爆炸能推動地球改向，那該爆炸的衝擊波將會摧毀地表和淺地下的所有人類設施（包括地表五公裡之下的地下城）甚至自然山川，乃至把地球擠壓變形才對，而不僅僅是溫柔的改向。但這畢竟是電影故事，重點需要表現英雄主義，這裡就不吹毛求疵了。
但是，還是要說一下電影對白「引爆木星需要在七萬公裡之外點火，而洲際飛彈打不到，需要人工點燃」中的技術錯誤。七萬公裡大約是地球和月球距離的五分之一，今天的常規火箭技術就能支撐飛彈打過去，要不人類怎麼去月球？有科技常識的朋友們都知道，推動洲際飛彈飛七萬公裡的技術難度是鐵定遠遠小於電影中的其它硬技術，例如太空城、地下城、等離子發動機等等。另外，木星大氣層氣候本來就是極端惡劣，最不缺乏雲層雷電，大不必再向地球人「哥們兒，借個火」。
圖註：有濃鬱的「程序猿」氣質的技術員李一一點火。
E. 工程（Engineering）
啥是行星發動機？
在電影中，太陽內核急速老化，不斷膨脹，地球將被吞沒。為了生存，人類傾盡所有，建造了一萬做驅使地球前行的行星發動機。一萬座行星發動機全功率開啟，驅使整個地球離開太陽系，踏上流浪之旅。
按照電影的設定，整個行星發動機建設工程持續了27年，到2060年最後一座行星發動機竣工為止，總共進行了18個批次的建設。
行星發動機分為了兩類：推進發動機和轉向發動機，前者負責為地球提供前進的動力，後者負責控制地球前進的方向。
發動機利用真空巖石重聚變技術作為動力源，具體來說就是利用巖石中的矽元素進行核聚變反應，獲得高能高壓的等離子流，從而釋放出巨大能量，推動地球飛出太陽系。所謂重元素聚變並非空想，在宇宙深處有不少恆星「巨無霸」，內部就在進行著重元素聚變。
M. 數學（Mathematics）
流浪，並非說走就走的旅行！
《流浪地球》中最驚天地泣鬼神的想像是，利用成千上萬個行星發動機，幫助地球離開太陽系。這就得說說讓地球離開太陽系需要多少能量了。
「地球繞太陽運行，離開太陽系，要能夠擺脫太陽的引力勢能束縛，所需能量可以計算得到，大概是2.65×1033焦耳。」而當前人類生產的能源，可以拿全球發電量來估計。據統計，2017年全球總發電量大概是25571 TWh，大約合9.21×1019焦耳。
「也就是說，如果把現階段全球所有的發電量都用來推動地球離開太陽，需要連續工作2.88×1013年，即近29萬億年。而宇宙年齡大概是130億年。」周禮勇說。
總之，帶著地球去流浪，可不是說走就走的旅行。如果行星發動機要承擔這一任務，那得無比厲害才行。
流浪地球，背負著35億人的希望，已經上升到整個人類的生存層面了，用來進行學科融合性的A-STEM綜合教育，是再好不過的，趕緊帶孩子去看看吧！