【财讯】硬核科幻《流浪地球》：停止自转的地球真的可以去流浪吗

《流转的地球》海报

从地球本来的轨道到遥远的相邻星球，根据小说，是长达2500年的100代人完成的升级计划，(1)制动阶段:通过赤道上的“行星发动机”的巨大推力，使地球停止自转。 (2)逃逸阶段:全部电力启动行星发动机，使地球从太阳系加速(3)流浪阶段:利用太阳和木星完成最后的加速，前往人类选定的新家“半人马座比邻星”(4)后流浪阶段:离开太阳后，行星发动机 然后转动发动机，700年减速。 (5)新太阳时代:地球比邻近的星球停靠在轨道上，比邻近的星球变成了卫星。

计划需要的时间极其长，小说也仅仅过了100年，以一个身体的一生为背景，描述了人类从地球离开太阳系过程中的各种状况。 作为电影，它只是显示了非常短的场景，也就是上述流浪阶段。 当地球利用木星实现重力弹弓的加速时，由于行星发动机的故障，地球被木星吸引，彼此的距离正在减少。 为了不让地球撞击木星，在尝试一系列的地面方法失败后，地面救援队考虑用行星发动机喷出的高能气流点燃木星的大红斑，用期待发生的超强冲击波推开地球。 但是最终由于行星发动机的动力不足，依靠中国宇航员刘培强最后将太空站点燃成离子流，补充能量，成功点燃大红斑，释放超强的冲击波，成功拯救地球，继续去相邻星球流浪旅行

《流转的地球》剧照

我有幸被邀请去导演的工作室参观，在电影上映的那天在电影院看了。 在电影院毫无保留地表现电影中的特效，让我完全沉浸在其中，同时被很多场景感动了。 电影以卓越逼真的特技效果再现了地球在流浪过程中面临的世界末日的恢复场景。 从特效方面来说，整个电影可以与好莱坞的大作相媲美，故事节也有松树，紧张中也有稍微轻松感兴趣的对话。 作为中国的科幻第一片，确实大大超过了我们的期待。 这部电影被定义为硬科幻，一定含有很多科学成分。 例如，太阳燃烧最中心的氢后，中心氦进一步发生核反应产生越来越多的热量，膨胀是众所周知的，完全符合我们的科学认知，但流浪地球就是这样的背景。 离我们最近的是隔壁的星星。 这也符合我们的认识。 而且刘慈欣的小说《三体》也比邻星更有背景。 因为那是三体恒星系统。

《流转的地球》剧照

整个电影的场景发生在地球偏离原来的轨道之后。 在电影中，地球远离太阳，收到的太阳能量减少，地球表面的温度急剧下降，因此我们看到的人类已经进入地下生活，地上城市完善，但都结冰了，变成了冰雪世界。

整个电影涉及非常多的天文学知识，所以今天我们站在科学的立场上，选择电影中提到的几个场景，详细看看是否符合科学原理。

人类能停止地球的旋转吗？

在《流浪地球计划》中的第一步是首先停止地球的旋转，尽管电影中没有直接展示这个场景，但在电影旁白中被提到了，所以首先来看看这个旋转停止能否实现。

在直接回答这个问题之前，先调查一下地球旋转能的多少。 关于能量的多少，我们从网上简单搜索，地球的旋转能量是2.24e29焦耳，这个能量很巨大。 让我们做个简单的应对。 这个能量巨大，一颗原子弹释放的能量几乎相当于一百万tnt当量或相当于4.2e15焦耳。 但是，历史上实验的释放能量最强的大伊万氢弹，释放的能量几乎相当于5000万tnt当量或2.1e17焦耳。 但是，与地球的旋转能相比，巫婆变大了。

《流转的地球》剧照

但是，如果在不久的将来人类能够熟练掌握重核融合能力，产生的能量的能力可能会大幅提高。 电影显示，各行星发动机通过重核聚变可以产生150万亿吨的推力(现在航天飞机的推力约为2000万牛顿，也就是未来推力约为现在推力的100亿倍)。 现在，让我们利用它来应用于地球的质量。 所以很容易看到产生的加速度是0.000000025 (或2.5e-8 )米/秒2。 赤道附近的转速约为每秒460米。 如果能对一个发动机总是产生反推力，那么停止地球需要218569天(约600年)。 但是电影显示，这1万个行星发动机的一部分位于赤道上方用于减速，如果数量达到100左右，可以在较短的时间内停止地球的旋转。 但是，这些发动机总是要求同时提供同样的反力。 所以我们看到了这个难度很高，对地球人类几乎不可能的事件。

地球停止旋转后，地球会发生什么？

地球一旦停止旋转，地球会发生什么样的变化呢？ 你可能觉得地球像物理学的刚体，如果没有旋转会发生大的变化吗？

最直接的效果之一是没有旋转，现在地球上大部分大陆都被海洋淹没了，这几个确实在电影里提到过，但理由很简单。 地球旋转期间，由于离心力，作为液体的海洋向赤道附近凝聚，因此地球停止旋转时，这些水向两极流动，大陆被淹没。 根据美国esri企业的动画模拟，最终大部分大陆被淹没，只有赤道附近的一个超大陆突出，成为人类在大陆生存下去的唯一希望，但在电影中，人类移居到了地下生活。

值得注意的是，对于赤道附近唯一的大陆，也充满了很多危险。 旋转时，由于同样的离心力的作用，地球的赤道地壳更加突出，但不旋转时，由于赤道附近没有离心力，板块崩溃，引起一连串的世界性地震和海啸的可能性很高。 所以，我们不容易看到任何维持完美的城市，不仅地面上建造的任何行星发动机都可能难以存在，住在地下也可能非常困难。

因为没有旋转，地球面向太阳固定，另一边一直在晚上。 就像在南极和北极经历的白天和夜晚。 尽管有地球的大气，远离太阳的一面，由于长时间得不到太阳的照射，温度变低，不太适合生命的存在。

我们对磁场的产生机理不太清楚，据说一种流行起因于地球壳层和核心之间的转速差异。 如果地球自转停止，两个区域停止，地球的磁场可能会突然消失。 通常，地球磁场的存在不仅显示南北方向，而且磁场发挥保护作用，可以将来自太阳的带电粒子屏蔽在地球大气之外，因此太阳粒子难以直接穿过磁场，直接进入低层大气，保护地球的大气层。 但是，这些带电粒子沿着磁力线向两极运动，带电粒子最终与大气中的粒子相互作用而激发粒子，产生我们看到的极光。 没有磁场，太阳风就没有任何障碍，飞入地球的大气，世界上任何地方都可以形成我们说的极光，但更重要的是，地球的大气有可能逐渐消失。 我们知道现在火星的大气现在只是地球大气质量的1%，但在30亿年前，火星也像现在的地球一样，有海洋，有浓厚的大气，非常温暖，适合生命居住。 但是，之后火星整体的磁场消失，由于太阳风的冲击火星的大气逃到太空。 如果地球没有磁场，我们的地球也会经历这样的遭遇。 现在地球磁场保护我们人类，保护我们免受太阳风的冲击。

《流转的地球》剧照

电影中展示了即使被冰雪封闭也完全留下来的世界，因此上面的解析表明，如果能使地球慢慢停止，在地球逐渐停止的过程中，地球已经发生了巨大的变化，城市建筑在地壳的变化过程中就不存在了，电影的

远离木星的重力合理吗？

整个电影呈现的主题之一是摆脱木星的“刚性洛希极限”点。 这是《流浪地球计划》的第三个“流浪阶段”。 在这里你需要理解地球为什么进入木星周围。 木星的重力这么大，为什么地球不避开木星跑呢？ 其实在电影中，联合政府本来打算通过被称为重力弹弓( gravitational slingshot )的效果来加速木星，但有些行星引擎发生故障，地球被木星吸引进入木星刚体的罗希极限，在电影中显示 其实重力弹弓效应在探测器飞行中被广泛采用，一般被认为是节约能源的加速方法。 旅行者1号可以利用木星和土星两次重力加速，逃离太阳系。

这个效果的原理其实很简单。 行星本身也围绕太阳旋转，所以当行星吸引探测器和其他天体时，实际上会给探测器和其他天体一部分速度，探测器和其他天体脱离时会加速。 我可以举个简单的例子来理解。 如果我们把网球扔在静止的地面上运动的列车顶部，网球弹跳的时候，静止在地面上的人看网球的速度，其实是列车的速度和网球原来的速度的叠加。 所以当天身体从某行星周围逃走时，其实是本来的速度和天体的速度的叠加。

木星

接下来，让我简单说明一下电影中出现的另一个烧脑名词——刚体罗希极限。 简单来说，是木星的潮汐力撕裂地球这样的岩质天体的极限半径。 因为靠近木星，靠近木星的地球表面和远离木星的地球表面感受到不同木星的重力，所以这种力的不同称为潮汐力。 你可以想象随着接近木星，这个潮汐力会变大。 靠近木星，一定程度上大的话整个地球都会被撕裂，这种特殊的临界距离被科学家们称为刚体的罗希极限。 所以可以想象，地球越过这一点后，地球会被粉碎，地球上的人类一定不会生存，流浪地球的计划也会崩溃。 电影显示，这也是联合政府看到地球快要越过洛希临界点时打算放弃地球，保存太空站，使太空站成为人类文明生存的诺亚方舟的理由。

《流转的地球》剧照

接下来，让我们看看电影中将地球从木星重力中解放出来的场景。 在地球即将进入木星洛希临界点之前，地面救援队试图将所有行星发动机的能量集中在其中之一上，喷射点燃木星的大红斑，但由于每个发动机没有完全工作，共计7万公里的距离不到5000公里。 在关系到地球存亡的非常时刻，吴京饰演的宇航员刘培强站在空之间在粒子流中爆炸，站在空之间的巨大能量弥补了行星发动机的能量不足，最终木星的大红斑点火，产生了剧烈的冲击波 木星红斑中的氢有可能点火吗？ 木星的气体冲击波真的能推开地球吗？ 简单的答案是两种情况都很难发生。 要燃烧大红斑中的氢，地球必须混合足够的氧。 木星吸收的地球大气不是含有很多氧气吗？ 但是，必须知道，即使含氧地球的大气被木星表面吸收，由于时间短，不能与氢均匀混合，因此产生大规模燃烧的可能性非常小。 即使燃烧发生爆炸，产生非常强的冲击波，对地球本身产生巨大影响的可能性也很小。 我们首先需要知道这个冲击波是什么。 其实是高速运动的气体粒子，非常像来自太阳巨大爆炸的太阳风。 燃烧氢气释放能量不是加速比较有效气体的好方法，最终速度不一定是太阳风的速度快。 最早，这些高速运动气体到达地球后，地球受到磁场的保护，因此通常这些气体不会直接击中地球表面。 即使这些粒子能够透过磁场，实际上地球大气中的粒子也会相互作用，产生非常壮观的极光现象，不会产生强的推力。 这种冲击波在某种程度上类似于我们常说的俗语:蚂蚁海市蜃楼撼动大树——自己不量力。 但是，如果冲击波很强，地球的大气很可能会被冲击波部分剥离。

《流转的地球》剧照

当然地球在流浪之后也不是一帆风顺的。 逃离木星的罗希临界点也只是万里路上遇到的小插曲。 在去相邻星球的路上，有等待地球的距离。 木星轨道外有包括冥王星在内的小行星带。 俗称柯伊伯带外，最外层有呈球形的奥尔特星云。 这些地区被大小不一的密集小行星所复盖。 而且这些地区的尺度非常大，特别是邻星可以延伸到比邻星远一半左右。 所以，地球在到达相邻星球之前，如何安全地通过这些小行星带，如何不撞击小行星？ 即使人类技术能顺利到达附近的星球，根据科学家的研究，附近的星球周围不适合生命居住。 相邻恒星的质量只有太阳质量的七分之一，因此适合生命快速发展的居住区也接近中心恒星，剧烈爆炸有可能杀死存在的生命。 而且，在年，科学家们发现了位于邻近星球周围居住区的行星，因此，那时，比地球更准确地存在于居住区的另一轨道上，避免与现有行星碰撞，对地球人类来说也是一大挑战。

不管怎样，地球的流浪之路很痛苦。 但是，我们必须知道，在整个人类面临危机的时候，把整个地球作为宇宙飞船去除是非常大胆和富有想象力的想法。 从科学的立场来看，在可以预见的时期，人类的能力是无法实现的。 但是，电影作为艺术，并不完全是生活和科学的完全再现，所以尽管这部电影含有很多不科学的想象，但还是需要我们的掌声。 科学是人类进步的动力，想象为人类进步指明了方向。 作为中国第一部科幻大作，先享受《流转的地球》电影的喜悦吧。

中国科幻电影的道路也像中国科学迅速发展的道路一样，道路漫长，必须大家共同努力。 (本文来自澎湃情报)

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