大年初一，《流浪地球》上映了。聽說這是中國首部硬科幻大片，改編自《三體》的作者劉慈欣同名小說，預算投資3.2億人民幣，甚至連美國前總統歐巴馬都跑去電影裡客串了一把！
根據前方戰友發來戰報，整部電影通俗易懂，剛上小學四年級的兒砸也看得津津有味！當然啦，這說明電影故事講得挺好，觀眾代入感極強。
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？我將運用天文物理學知識+腦洞+超精美畫圖，活靈活現地為大家解讀《流浪地球》的「流浪本質」！歡迎指教！共同討論！
問題一：
為什麼要去宇宙流浪？
解答關鍵詞：
紅巨星
在《流浪地球》影片開場中提到，由於太陽正在急速膨脹衰老，地球會被波及毀滅，所以需要尋找新的家園。那麼太陽真的會爆炸嗎？
科學解讀：
我們的太陽已經46億歲了，是一顆恆星。
恆星以核聚變的方式向太空釋放著光和熱。在太陽的質量裡，大約四分之三是氫，佔比第二的元素是氦，因而對於太陽這位選手來說，氫核聚變+氦核聚變就是它給我們供暖的方式。
但這種「燃燒」的方式，意味著終會有「燃料」耗盡的一天。
首先，太陽內部的氫核聚變消耗是極快的，並且會形成氦核。其次，當氫核聚變耗盡氫元素以後，氦核聚變會接棒繼續，氦核聚變不僅「加速燃燒」，並且會不斷形成新的碳元素，這也是更重的元素。這將導致太陽的體積不斷擴大和膨脹，最後，太陽逐漸變成一顆巨大且暗淡的紅巨星，其半徑大約會是現在的200倍。
這樣一來，地球就要受到很大影響了。糟糕的情況有很多種，例如地球被太陽焚毀，引力帶來的劇烈潮汐作用，水資源沸騰起來，氣體都逃入太空……
根據科學家們的預測，我們的太陽大概還有50億年的「壽命」。也許那個時候的人類，已經探索出非常多種「自救」的方法了呢。
問題二：
怎麼才能帶著地球去流浪？
解答關鍵詞：
逃逸速度
在影片中，人類給地球裝上了上萬臺發動機，把地球變成了一個巨大的「宇宙飛船」，駕駛地球離開太陽系。
這太荒唐了吧？地球不是存在引力的嗎？人為什麼能夠帶著地球跑路？而且地球會繞著太陽轉啊，怎麼可能脫離太陽呢？
科學解讀：
你看，你現在站在地球上，跳一跳，還是會落回地面。這是因為地球的引力把你「拉」了回來。
（滴，您的靈魂畫手已上線）
但假設你是一艘太空飛行器，從地球上發射出去，只要運動速度達到某個臨界值，就可以擺脫相應範圍層的引力的束縛。
大家知道，我們的地球是在繞著太陽公轉的。那如果想把地球「開」出去脫離軌道，是要符合軌道動力學的，地球需要變軌加速，超過自己的公轉速度（即每秒29.783千米）。
-如何變軌加速？-用力繞圈唄。
電影裡，藉助著「發動機」的推力，地球越飛越快，同時軌道也會越來越扁，越來越扁，逐漸脫離自己的公轉軌道。
那這樣就是達到「逃逸速度」了嗎？
不對。我們先來理解一下「逃逸速度」。
一個物體如果初速度達到星球逃逸速度，該物體將完全逃脫星球的引力束縛而飛出該星球。需要使物體剛剛好逃脫星球引力的這一速度就是逃逸速度。
這個概念是對於從一個星球發射一個太空飛行器而言。如果地球要逃離太陽系，那麼顯然，僅僅是變軌加速還是不夠的。
所以像電影裡，僅僅靠發動機暴力地開出太陽系這是不可能的，因而他們選擇靠近木星……
PS: 至於電影中的「地球發動機」究竟需要多大的能耗和推力才能實現「變軌加速」呢？據作者劉慈欣接受訪談時的發言，他本來想帶著地球跑，計算了一波發現無法實現，但最後還是寫帶著地球跑了，因為真的太酷太浪漫了！
問題三：
怎樣才能以更快的速度去流浪？
解答關鍵詞：
引力彈弓
影片的最高潮，就是地球即將撞擊木星的片段了吧。主角們一開始，是打算利用木星引力把自己「拉」出太陽系的，結尾時也有提到這個策略屬於「流浪地球」第三步計劃。
奇怪了，地球自己飛得好好地，幹嘛要去招惹木星？明知道有強大的引力，還靠近軌道，差點給撞沒了。所以為什麼地球能夠被木星「拉拽」過去？又可以利用木星讓自己加速離開太陽系呢（原計劃）？
科學解讀：
我們繼續來想像。
假設，宇宙是一張蹦床。我們把地球和木星兩顆圓球放上去，由於木星的體積是地球的1321倍，所以木星在這張「蹦床」上壓下去的凹陷要深得多。當地球這顆小圓球靠近木星時，就會自然向「彎曲的曲面」滑下去，也就被「拉」到了木星旁邊。
這個原理，就是引力場。質量越大的物體，周圍的時空彎曲力度也會更大，即引力的作用越強，因而會對附近另一物體產生吸引效應。
衛星就是這樣被「拉」住的，抬頭看看，月亮不就是被地球的引力吸引住無法逃脫的衛星嗎？
（滴，您的靈魂畫手開始「作弊」）
那假如想逃脫怎麼辦？如上文所說，需要達到一定的發射速度。
但如果你是一顆非常有抱負的衛星，想要以極其高的效率逃出去，就可以用到這個「工具」——引力彈弓。
顧名思義，就是像一個彈弓一樣，把物體給甩向下一個目標，它是利用行星的重力場來實現的，所以行星就像一個「引力助推器」。電影裡，我們的計劃一開始，是打算接近木星來做這個事情的。
偌大一個木星，怎麼才能變成我們的「彈弓」呢？我們分步來拆解——
第一步，木星的狀態解讀。這顆木星超級超級巨大，因為質量很大，所以它的引力也很大，會「拉」住靠近它的物體。並且，這顆木星自身也在不停地公轉。
第二步，我們前進的狀態解讀。我們正在太空中「循規蹈矩」地飛行中。哇前面好大一顆木星，我們需要小心又小心地行駛。如果太靠近的話，就會被吸附過去，變成木星的衛星，甚至還會撞上去墜毀。
第三步，我們開始與木星的引力範圍交匯。這是一個需要不斷計算衡量和預測的位置點，調整好我們的角度和速度，當我們進入木星的引力範圍時，在這股「拉力」下，我們就有了一個與木星公轉線速度相等的初速度。
第四步，這時如果以太陽係為參考系，我們的速度就是被加速了，因為行星把動能傳遞給了我們，此時我們再稍微給發動機加速一波，「咻咻咻——」我們就被彈出了好遠好遠，逃離了太陽系。
（非常直觀地展示了「被加速」的過程）
順帶一提，在科幻電影大作《火星救援》裡，本應從火星返回地球的赫爾墨斯號飛船，為了重回火星營救馬克，就利用了引力彈弓效應把自己彈回去了。
而且在真實的太空探索史上，1977年，美國NASA發射的旅行者一號41年飛了217億公裡，就是利用了木星，土星，天王星和海王星這四個星球做引力彈弓的「跳板」，一號仿佛吃下了興奮劑的運動員，跑得飛快。
（圖為旅行者一號和二號的飛行軌跡模擬）
問題四（涉嫌劇透）：
最後的流浪（爆炸）計劃是怎麼成功的？
解答關鍵詞：
爆炸衝擊波
影片裡，我們最後並沒有成功執行第三個問題的計劃，反而由於木星的引力太大，差點兒被「拉拽」過去毀滅了。於是，吳京飾演的角色最後帶著整個空間站和燃料衝向了木星，並通過點燃木星表面的氫氣，產生爆炸波推動地球逃離了木星引力範圍。
作為太陽系中體型和質量僅次於太陽的氣態巨行星，木星的主要成分為氫。氫氣在空氣中點燃可能發生爆炸，是因為氫氣和氧氣產生了化學反應。
電影中提到，木星引力吸走了大量地球上的氧氣，因而點燃木星表面的氫氣，可以利用產生的熱氣流產生向前運動的推力，也符合能量守恆定律，因此是合理的。
（滴，您的靈魂畫手並不承認她畫不粗來）