《流浪地球》可行嗎?是科學還是幻想?

2020-12-05 科學Getfun

中國首部大型科幻片《流浪地球》佔據了春節檔電影票房的主導地位。電影《流浪地球》官方微博宣布,春節假期總票房突破20億。其以「硬科幻」的特點收穫大量好評,「硬科幻」,即具有嚴謹科學底蘊、基於科學原理的科幻作品。當然,也有不少人對其中的科學知識產生思考,那影片中涉及到的哪些說法具有較強的科學基礎,哪些說法現在也還只是幻想?

《流浪地球》講述了太陽即將死亡,進入紅巨星的膨脹階段,地球會被膨脹的太陽大氣所淹沒。在人類命運面臨存亡的關頭,人類聯合政府做出了一項決定,地球作為一個龐大的飛船駛離現有軌道,奔向距離它4.2光年的比鄰星。

根據劉慈欣小說原著中的設定,人類的此次逃亡是一場分為五個階段,時間跨度長達2500年才能完成的人類拯救計劃。這五個階段分別是剎車階段:憑藉赤道上的「行星發動機」的巨大推力,使地球停止自轉;逃逸階段:全功率開動行星發動機,使地球加速駛出太陽系;流浪階段一:利用太陽和木星完成最後的加速,駛向人類選定的新家園「半人馬座比鄰星」;流浪階段二:駛出太陽後,行星發動機全功率開啟,利用500年時間將地球加速到光速的千分之五,然後滑行1300年,然後調轉發動機,利用700年進行減速;新太陽時代:地球泊入比鄰星軌道,成為比鄰星的衛星。

關於引力彈弓

《流浪地球》電影中,故事背景是這樣的:太陽急速老化,不斷膨脹,太陽系已經不適合人類生存,於是人類為自己選了一個新的家園——比鄰星(半人馬座三星),比鄰星同太陽一樣,都是恆星,但質量只有太陽的八分之一,地球是個龐然大物,平均半徑6371公裡,質量超過59萬億億噸,人類給地球安裝上萬座巨大的重元素聚變發動機,它們被稱作行星發動機,足以在5年左右將地球推進到逃逸速度(脫離太陽引力的最低速度),但這個速度還遠遠不夠。比鄰星(半人馬座三星)距離地球4.3光年,如果按照逃逸速度航行,需要7.7萬年才能抵達,即使行星發動機繼續加速,達到光速的百分之一仍然不可行。於是電影裡讓它藉助木星的「引力彈弓」,令地球零消耗改變方向、提升速度,最後到達比鄰星。

木星體積大約是地球的1300倍,上圖中地球以速度V靠近木星,而木星在軌道上以速度U運行,當地球和木星足夠靠近時,當地球靠近木星時,會被其強大的引力吸引,從而加快行進速度,然後像擲鐵餅那樣甩出去,那這時地球就獲得了木星的軌道速度U,疊加上原有的速度V,速度增加到了U+V,從而達到脫離太陽系所需速度,卻沒有消耗任何燃料,那這個就叫做引力彈弓效應。

據南京航空航天大學理學院副教授李晉斌說,「引力彈弓」是一種飛行器加速常用的方法,我們向地球以外的天體發射飛行器時,常會應用到其他行星或天體做「引力彈弓」,以此來節省燃料、時間和計劃成本,在人類的航天徵程中,引力彈弓效應的應用已十分廣泛。美國的「卡西尼」號探測器了,它於1997年10月15日從地球發射前往目的地——土星,但只帶了很少的燃料。它在1998年4月26日利用了金星的彈射,在1999年7月24日利用了金星的第二次彈射,又於1999年8月18日利用了地球的彈射,後於2000年12月30日利用了木星的彈射,最終於2004年7月1日抵達土星。還有首個進入星際空間的人類探測器「旅行者1號」在飛離太陽系前,就曾多次藉助引力彈弓效應;「帕克」太陽探測器也曾7次藉助金星的「引力彈弓」而逐漸逼近太陽,最終成為史上最靠近太陽的太空飛行器。

關於重元素聚變發動機(行星發動機)

高度達11千米,比珠穆朗瑪峰還高2.2千米的重聚變發動機。每臺發動機能提供150億噸的推力,而這樣的發動機在歐亞大陸和美洲大陸總共有一萬兩千臺,總共能提供150萬億噸的推力,如此大的動力方可在5年左右將地球推進到逃逸太陽引力的最低速度,即16.7公裡/秒。

重聚變,就是由重原子進行的核聚變,從「矽」開始大質量恆星「重聚變」過程是:矽–28→硫–32 → 氬–36→鈣–40→鈦–44 → 鉻 –48 → 鐵–52(鐵–56),核聚變走到鐵這一步,就不再釋放能量,而是吸收能量,所以重聚變最後產生的廢渣就是鐵。「重聚變」釋放出的能量,比氫彈爆炸釋放的能量要大很多很多。當然重聚變需要的溫度也高得多、壓強也要大得多才能實現,我們地球上巖石的主要成分是「矽」。小說和電影中,利用巖石為主要燃料進行核聚變,正是有了重聚變發動機,才能讓「流浪地球」計劃成功,因為巖石在地球上到處都是,提供了無窮無盡的燃料。目前人類已經實現的聚變是氫彈,它利用氫同位素聚變釋放出能量,有巨大的威力。但氫彈的能量是爆炸式釋放,目前人類還不能實現可控核聚變,即讓聚變產生的能量平穩輸出,一些相關裝置還處於實驗階段。

關於洛希極限

洛希極限(Roche limit)是天文學中的一個特殊的距離。當兩個天體的距離少於洛希極限時,它們就傾向於被「潮汐力」撕碎,計算表明,地球和木星的距離如果低於10.3萬公裡,那麼大氣就會在潮汐力的作用下脫離地球;如果距離低於7.44萬公裡,那整個地球都會被撕碎,這個距離極限值是由法國天文學家洛希首先計算出的,因此稱為洛希極限。

我們拿一個茶壺和茶杯舉例子:我們在杯壁頂部倒一些水,讓它在重力作用下向著杯底滑落。越靠近杯底,水滴會越拉越長,最後被拉扯到了撕裂的極限。這個極限就可以被認為是這個茶杯對水滴的「洛希極限」。木星的引力場,實際上就是這樣一個「茶杯」。地球尺寸很大,當它靠近木星時,離木星較近一側受到的引力,將比較遠一側大得多,因此會像水滴一樣被逐漸撕裂。

在《流浪地球》電影中,當地球靠近木星時,人類突然遭遇了巨大危機:數千臺行星發動機故障熄火了,全球地震,火山爆發,巖漿吞沒了地下城……發生災難的根源就是洛希極限。

我們最後探討的問題是太陽何時變為紅巨星?答案是至少50億年後,太陽變為紅巨星只是《流浪地球》中的一個假設。現實中的太陽按照恆星正常的壽命,50億年之後才會變為紅巨星。那時候人類大概已經移民到其他恆星系星球

相關焦點

  • 流浪地球:推動行星?引力彈弓?網友:真的可行嗎?
    自上映以來,《流浪地球》口碑日漸上升,近日票房獨佔鰲頭。那麼對於電影中的某些「高級科技」,現實中可行嗎?首先,我們來討論支撐影片的大環境線索理論:在太陽燃料耗盡演變為紅巨星之際,人類為了尋求新的宜居帶,選擇用發動機推動地球。
  • 《流浪地球》所描述的把地球推離太陽系在現實中可行嗎?
    《流浪地球》所描述的把地球推離太陽系在現實中可行嗎?在現實中不可行,基於兩個理由,一是推力不足,二是地殼無法承受!當然推力不足只是《流浪地球》中設定的條件,而現實中甚至連核聚變發動機都還沒有時間,更不要談推力不足了!
  • 《流浪地球》帶動「蚯蚓幹」熱銷,榴槤味蚯蚓幹真的「可行」嗎?
    《流浪地球》帶動「蚯蚓幹」熱銷,榴槤味蚯蚓幹真的「可行」嗎?電影播出之後,朱永幹也成為了熱銷產品,而很多廠家稱榴槤味蚯蚓幹「可行」!老中醫認為,蚯蚓幹是一種傳統的中藥材,而且在中國史料上早有記載,隨著《流浪地球》這部科幻劇的火熱播出,不少售賣蚯蚓幹的商家表示,蚯蚓幹的銷量也在與日俱增,而且還有很多售賣蚯蚓幹的廠家聲稱,公司也在極力實驗出,西瓜味,和各種水果口味的蚯蚓幹,而榴槤味的蚯蚓幹也非常」可行「這對於愛吃榴槤的吃貨們來說也是一種福利了。
  • 《流浪地球:飛躍2020特別版》是畫蛇添足還是畫龍點睛?
    《流浪地球》目前是中國歷史票房第三高的電影,與第二位的《哪吒之魔童降世》相差不到4億元,隨著本周《流浪地球:飛躍2020特別版》的上映,兩者之間的差距將進一步縮小,甚至名次調換也說不定。《流浪地球》基本上大部分情節都是由大規模的災難場景構成,諸如運載車在坍塌的冰谷中疾馳,在啟動火石時木星引力造成的毀滅性破壞,電梯急墜的戲劇性意外,在空間站外出艙活動時被碎片擊中等等。雖然導演郭帆和製作團隊確實付出了巨大的努力,但《流浪地球》始終沒有達到像艾默裡奇電影中的災難奇觀那樣的史詩級高度。
  • 流浪地球中諸多不嚴謹科學,真的可以用離子推進器推動地球嗎?
    作者:科學探討-小叮噹網絡作家協會國產科幻大作流浪地球,牽強和不科學情節是否存在?流浪地球熱播已經幾周了,講的是在2075年地球在太陽膨脹的情況下人們想盡辦法逃離太陽系的科幻故事。科幻片是否為大作,其科學邏輯是否合理也非常重要。做為愛好科學的朋友們,我們不妨用科學的角度來分析下,看一下這部電影是否存在不科學之處。事情發生的原因過於牽強,不科學首先太陽在自身條件下不會隨便發生膨脹,太陽發生膨脹應該是幾十億年後的事情。
  • 好書推薦:《流浪地球》,地球啊,我的流浪地球
    2019年春節,電影《流浪地球》登陸全國院線,短短幾天就引爆了網絡,最終取得了46億的票房,引起人們巨大的反響。這部電影打開了中國科幻電影的大門,讓中國科幻電影進入了一個新紀元。那麼,提到電影,就不得不提流浪地球的原著小說,這部劉慈欣於2000年寫的小說又會是怎樣一個故事呢?
  • 細思極恐的《流浪地球》
    昨天,終於去看了好評如潮的《流浪地球》。看完,非常震撼和感動,宏大的敘事格局,炫目的特效製作,還有觸動內心的情感大戲……但是,當我找到劉慈欣的《流浪地球》原著,讀過之後,卻發現,電影和原著實在是差異太大。相比電影的煽情,原著實在是太冷靜和理性了。讀著讀著,竟然讓我細思極恐。
  • 黑《流浪地球》的人,你的良心不會痛嗎?
    你若是要講究每一個點都符合科學常識,請你去看科技之光那樣的節目吧,不要看電影了,科幻,是對科學的幻想,是不符合如今人類所認知的科學常識的。而且,我想說,當年凡爾納寫科幻小說的時候,他的科幻小說中的科技都是被世人所批評的不符合科學原理的,和當時人們對於科學的認知是不同的,可幾百年過去了,世界的發展給了那些人狠狠一巴掌!
  • 《流浪地球》裡的科學故事
    半人馬座比鄰星是除太陽之外距離地球最近的一顆恆星,距離我們4.2光年。如果真的有「流浪地球」計劃,地球真的流浪到半人馬座比鄰星周圍,那裡的環境適合人類生存嗎?  根據哈勃等強大望遠鏡對於半人馬座比鄰星的多項觀測,我們還是可以了解到有關這個恆星的不少信息。半人馬座比鄰星質量只有太陽質量的七分之一,屬於紅矮星,它的亮度比太陽低。
  • 《流浪地球:飛躍2020特別版》並沒有實現質的飛躍
    《流浪地球》目前是中國歷史票房第三高的電影,與第二位的《哪吒之魔童降世》相差不到4億元,隨著本周《流浪地球:飛躍2020特別版》的上映,兩者之間的差距將進一步縮小,甚至名次調換也說不定。《流浪地球》基本上大部分情節都是由大規模的災難場景構成,諸如運載車在坍塌的冰谷中疾馳,在啟動火石時木星引力造成的毀滅性破壞,電梯急墜的戲劇性意外,在空間站外出艙活動時被碎片擊中等等。雖然導演郭帆和製作團隊確實付出了巨大的努力,但《流浪地球》始終沒有達到像艾默裡奇電影中的災難奇觀那樣的史詩級高度。
  • 《流浪地球》中地球真的「流浪」得起來嗎?
    那麼《流浪地球》的科幻內核又是什麼呢,為什麼能取得如此巨大成功,它的硬傷又是什麼。流浪地球不考慮各種飛行因素,就單純以現代人常識來講,它能「流浪」起來嗎?首先講下劉欣慈《流浪地球》的文化內核,劉欣慈在接受一次採訪時說「中國幾千年文化的積澱,讓人們對土地有著深厚的感情。
  • 據科學家推測的「文明等級」,流浪地球中人類文明達到1級了嗎?
    人類的許多科技還有前沿科學在一開始都是來自於幻想,經過一次次的嘗試和探索,人類實現了很多「幻想」中的科技,比如電話還有網絡在古代就符合人們對「千裡眼順風耳」的幻想,因為幻想和探索的精神,人類實現了「翱翔九天,深潛大海」的夢想。
  • 《流浪地球》火到了北美
    作為當前中國最賣座的科幻大片和社交媒體最熱門的話題之一,《流浪地球》也火到了北美。隨著該片5日同步在美國29座城市的部分影院上映,這部普通話原聲配英文字幕的影片吸引了以華人為主的大量北美觀眾,部分影院的黃金時段甚至出現一票難求的火爆景象。「這部影片相對於以前的中國科幻電影的確是一個很大進步。」記者在影院遇到的華裔觀眾高女士在觀看影片後這樣評價《流浪地球》。
  • 探尋《流浪地球》裡的科學奧秘
    原標題:《流浪地球》裡的科學奧秘 作為第一部國產科幻大片,《流浪地球》從影院之內火爆到影院之外。 有人稱讚它把國產科幻電影帶到新高度,有人熱議,現實中「流浪地球」真的可能發生嗎?明知靠近木星有危險,為什麼地球還要走這條路?帶著種種疑問和思考,讓我們一起走進科學,探尋奧秘。 為什麼要去木星?
  • 《流浪地球》帶動蚯蚓乾熱銷 廠家稱榴槤味蚯蚓幹「可行」
    北京青年報 記者 屈暢 近日,科幻電影《流浪地球》引發網友熱議,電影中,因為人類移居地下,居民們開始食用蚯蚓幹。電影中男主人公的姥爺為了救出外孫,曾試圖用「陳年蚯蚓幹」行賄。近日來,不少售賣蚯蚓幹的商家表示,隨著《流浪地球》的火熱,蚯蚓幹的銷量明顯增加。一名蚯蚓幹生產廠家負責人稱,該公司曾實驗過包括西瓜味在內的水果口味蚯蚓幹,乃至螞蚱味的蚯蚓幹,「我覺得榴槤味蚯蚓幹是可行的。」
  • 《流浪地球2》官宣定檔,吳京是否還繼續參演,票房能否再創輝煌
    《流浪地球》打開了內地科幻片的大門,遺憾的是在半年之後就被《上海堡壘》給關上了,如今《流浪地球2》正式官宣定檔2023年大年初一,雖然還有兩年多的時間,但消息一出仍令粉絲們激動不已,似乎已經看到大陸科幻片將要再次崛起。
  • 科學解讀+4個問題測試:你真的看懂《流浪地球》了嗎?
    感動之餘,導演「輕描淡寫」地滑過了有關於背景和科學原理的部分,以一種近乎「理所當然」的方式為大家呈現了一個硬科幻故事。導演這麼「輕描淡寫」地過去了,我可不行。於是——電影背後四大核心物理問題解讀問題一:為什麼要去宇宙流浪?問題二:怎麼才能帶著地球去流浪?問題三:怎樣才能以更快的速度去宇宙流浪?問題四:最後的流浪計劃是怎麼成功的?
  • 《流浪地球》裡的科學奧秘
    本文作者:木辛君 清華大學航天航空學院工程力學系在讀博士,中國科幻銀河獎/星雲獎獲獎作者本文審核:劉慈欣,高級工程師,科幻作家,中國作協會員,小說《流浪地球》作者、電影監製現實中,「流浪地球」真的可能發生嗎?明知靠近木星有危險,為什麼地球還要走這條路?
  • 《流浪地球2》定檔2023年,劉德華和吳京,誰將會再次拯救地球?
    製片人龔格爾則表示,其實第二部的工作已經開展了一段時間,這次希望營造一個充滿科學幻想的世界。從《流浪地球2》的概念海報上我們可以看出,背景是用各國文字寫著的「再見太陽系」,這也暗示出第二部劇情中的地球,應該會向著更遠的星系出發,那故事究竟是圍繞如何衝出太陽系,還是已經來到了其他星系,只有影片上映後才能知道了。
  • 同樣是拯救人類,《流浪地球》和《星際穿越》哪個更靠譜?
    >一樣,關於這一點我們也在思考:《流浪地球》和《星際穿越》兩者之間哪一個拯救方式最靠譜?星球上幾乎所有的人類都選擇去種地來填飽自己的肚子,所有的科學活動都停了下來,在這種情況下想要帶領全球人類進行移民活動幾乎沒有可能。還有就是教授的那個可以解決重力的公式最後還是依靠著男主在五維空間的提示才被解了出來,而且那個突然出現在土星附近的蟲洞和五維空間都帶有一些神秘色彩,它的主人是誰?在影片中諾蘭導演給出的答案竟然是——愛!!!