地球洛希極限軌道運行示意圖

◎加加劉

作為中國第一部硬科幻電影，《流浪地球》公映之后口碑可謂是一度炸裂朋友圈。本部改編自劉慈欣同名小說的影片，除了用行星發(fā)動機推動地球離開太陽系這個設定之外，幾乎一切都是新的，可以說這是一部建造在《流浪地球》世界觀體系下的新故事。以至于，就算是一些原著黨看了也會覺得新奇，更別說普通觀眾了。很多人看完這部片子之后，發(fā)現(xiàn)由于對電影中的背景知識不甚了解，導致需要“二刷”、“三刷”才能弄明白其中的邏輯。那么，今天就跟本航天宅一起來了解一下《流浪地球》中的關鍵知識點。

起 因

紅巨星：三四十億年后，太陽將由青壯年進入老年期。老年期的太陽會變?yōu)橐活w紅巨星，巨星的顯著特點就是體積大、光度強、不穩(wěn)定。變?yōu)榧t巨星的太陽會覆蓋半個太陽系，這時候別說離太陽最近的水星、金星和地球，就連火、木、土星可能都無法幸免。下圖左側(cè)的小點是現(xiàn)今的太陽，而圖右側(cè)是紅巨星時的太陽。不幸的是，地球作為一個繞著太陽轉(zhuǎn)的行星，會陪著太陽經(jīng)歷這個變大、變熱的過程，直到被太陽吞沒。

太陽氦閃：太陽氦閃就是發(fā)生在紅巨星階段的失控氦融合過程中的所謂不穩(wěn)定現(xiàn)象，通常發(fā)生在2倍及以下太陽質(zhì)量的低質(zhì)量恒星的核心。青壯年時的太陽靠氫核聚變帶來的能量維持著自身形態(tài)，當氫原料被用完時，內(nèi)核將開始收縮，這會導致核心溫度進一步升高。當溫度高達1億攝氏度后，就會發(fā)生氦核反應從而爆發(fā)出數(shù)以億倍的巨大能量。即使那時的地球還沒有被太陽吞沒，氦閃之后，地球表面也會頃刻化為一片火海。

經(jīng) 過

逃離太陽系：不論是太陽的老齡化，還是氦閃的發(fā)生，對于太陽系內(nèi)的人類生命的威脅都是毀滅性的，地球大氣會被吹散，太陽風高能粒子直接撞擊到地球表面，人類唯一的出路就是逃離太陽系。要想逃離太陽系，這里就不得不說說三大宇宙速度，第一宇宙速度是7.9km/s，大于這個速度即可進入繞地軌道；第二宇宙速度為11.2km/s ，是物體完全擺脫地球引力束縛，飛離地球所需要的最小初始速度；第三宇宙速度為16.7km/s，是擺脫太陽引力束縛，飛出太陽系所需的最小初始速度。電影中劉慈欣一手打造了“逃離太陽系”計劃，也就是“剎車、逃逸、加速、減速、新太陽時代”五個步驟。而這個“搬家計劃”是通過一種核聚變行星發(fā)動機的裝置實現(xiàn)的。

行星發(fā)動機：這是“流浪地球計劃”中設計的推動地球逃離太陽系的重要“工具”。電影中全世界人類通力合作，建造了12000多臺高達11000米的行星發(fā)動機，它們主要分布在亞洲和美洲，通過利用重元素聚變獲得能量。

其實，在地球上建造行星發(fā)動機的想法還是比較異想天開的，這些高11000米的發(fā)動機還在地球大氣層以內(nèi)，因此設想每當發(fā)動機啟動，大量的大氣層氣體被發(fā)動機等離子體光柱推出大氣層外，從而導致地球上大氣越來越稀薄了。影片中描述地球表面變極低溫度已經(jīng)十幾年，想必光合作用早已停止。在這些年里地球那么多發(fā)動機消耗，還要供35億人日常生活，大氣層的氧氣只銷不產(chǎn)，還能有足夠的氧氣點燃木星嗎？

更何況體積巨大的行星發(fā)動機對地球結(jié)構(gòu)的壓力也會特別大，地殼的厚度平均才幾十公里，根本承受不了這樣的力量和震動，一臺就有可能引發(fā)地震、板塊斷裂現(xiàn)象，1萬多臺這樣的發(fā)動機那還了得。所以這樣的行星發(fā)動機未必能推走地球，而是一旦啟動就有可能引發(fā)巨大災難。

再者說，行星發(fā)動機的存在及建造可行性本身就是個問題。

木星引力：木星的引力比地球強2.5倍，因為體積太大，能夠牽引太陽系包括地球在內(nèi)的其他行星?！读骼说厍颉分芯褪且媚拘堑囊⒌厍蛭^去，只要角度合適且飛得足夠快，就能得到木星的加速力，從而將地球甩向外太空。

引力彈弓：這是利用行星的重力場來給太空探測船加速，也就是把行星當作“引力助推器”。影片中將木星作為“地球”的助推器，只要交匯時地球自身速度夠快，角度合適，地球?qū)⒃诮粎R分離之后獲得足夠加速度，從太陽系逃逸。目前，有很多航天器通過這種引力助推方式到達了飛行目標。如1974年，水手10號借助金星的引力助推減速之后到達了水星；旅行者1號在經(jīng)過木星和土星時通過引力助推獲得了足以完全擺脫太陽引力的動能，目前位于太陽系和星際空間之間的邊緣帶。

洛希極限：指當行星與衛(wèi)星距離近到一定程度時，潮汐作用就會使天體本身解體分散。以電影中的地球和木星為例，當?shù)厍蚺c木星之間的距離為洛希極限時，地球自身的重力就會與木星造成的潮汐力相等，而如果繼續(xù)靠近，地球本身就會解體，從而成為木星的環(huán)。我們現(xiàn)在看到的土星環(huán)就是這樣形成的。

引力捕獲：行星A被行星B的引力捕獲后，若距離大于洛希極限，會繞其旋轉(zhuǎn)成為其衛(wèi)星（月球是被地球捕獲的衛(wèi)星），一旦行星B引力過大，捕獲后行星AB間距離小于洛希極限，行星A就會傾向碎散。影片設定接近木星時其磁場和輻射導致發(fā)動機故障熄火地球自身速度減慢，被木星引力捕獲，即使動力很快恢復，由于木星引力過大，地木距離將越過洛希極限。在此危急時刻，主人公想出了點燃木星風暴中的氫氣，使其爆炸產(chǎn)生的沖擊波將地球加速超出第三宇宙速度，逃出太陽系，理論上講完全有可能。

結(jié) 局

除去高大上的科學外衣，這就是一部中二天才少年看透真相拯救地球的末日災難電影。電影中，通過主角團小分隊的努力，最終地球再次得以繼續(xù)逃離太陽系的遠征。

盡管電影團隊前期對宇宙、航天、重型機械等視覺呈現(xiàn)做了大量的工作，但在技術邏輯上還有很多尬點，比如木星引力為何會突然增強？木星爆炸到底是把地球推開還是把地球炸碎？一場足以推動地球的沖擊波為何只是一場流星雨，在地表的男主居然可以毫發(fā)無損？

但是瑕不掩瑜，我愿意說這是一部好看的電影，且不得不承認它也是一部商業(yè)成功的電影。以嚴謹?shù)目茖W原理作為基礎，以多學科的技術預測為導引，開啟了大眾特別是孩子的想象力和求知欲。