1、.流浪地球看懂需要恶补烧脑的天文物理知识知识点 1：地球为什么要跑路？由于太阳没有足够的质量爆发成为超新星，替代的是，在约 50 亿年后它将进入红巨星的阶段，氦核心为抵抗引力而收缩， 同时变热；紧挨核心的氢包层因温度上升而加速聚变， 结果产生的热量持续增加， 传导到外层，使其向外膨胀。当核心的温度达到 1 亿 K 时， 氦聚变将开始进行并燃烧生成碳。由于此时的氦核心已经相当于一个小型 “白矮星”（电子简并态） ，热失控的氦聚变将导致氦闪，释放的巨大能量使太阳核心大幅度膨胀， 解除了电子简并态， 然后核心剩余的氦进行稳定的聚变。从外部看，太阳将如新星般突然增亮 510 个星等（相比于此前的“红巨
2、星”阶段） ，接着体积大幅度缩小，变得比原先的红巨星暗淡得多（但仍将比现在的太阳亮） ，直到核心的碳逐步累积，再次进入核心收缩、外层膨胀阶段。这就是渐近巨星分支阶段。地球的命运是不确定的， 当太阳成为红巨星时， 其半径大约会是现在的 200 倍，表面可能将膨胀至地球现在的轨道 1AU（1.5 101m）。以上废话概括为：大约 50 亿年（地球年）后，太阳膨胀为红巨星，吞噬水星、金星，甚至地球，然后内部坍缩爆炸成一颗白矮星， 因此这个时候， 地球不得不跑路， 拜了个拜您 （您指太阳）内 *知识点 2：为什么海水会淹没东方明珠和上海世贸中心？由于地球每分每秒都是自西向东进行自转，自转时想想有哪些地
3、球上的东西是在动的？从上往下，如数家珍：1、有大气，地表上方的大气（大气层内的所有气体）是受地球自转而运动的，因此产生地球的各种风带以及气旋（如台风，还记得 2018 款的山竹吗？） ；2、有地表的江河湖泊，以及都要流到的大海大洋，受地球自转影响，地球各大洋有不同的洋流；3、有地下岩浆，有小伙伴疑问了，什么岩浆也会跟着地球自转流动？当然，不然你以为地球磁场是怎么来的？地球的自转除了使附属于地球的气体液体受之影响， 还是产生地球四季和黑夜白昼的根本原因。电影中提到车辆马上要进入“极夜”了，之所以能在赤道附近产生极夜，就是因为地球停止了自转而造成的。自然正常条件下，只有地球南北极才会出现极昼和极夜
4、。言归正传，那么海平面在电影中那么高可以把东方明珠都吞没？.原本由于受月球潮汐力和地球自转离心力影响的全球海水会聚集在赤道纬度导致海平面更高一些。由于逃离太阳，由于地球刹车停止自转了，逃离时也把月球丢弃了，离心力（对应向心力）消失了，赤道纬度较高海平面的海水流向其他纬度的海岸线， 加之，上海、杭州一侧都有逃离发动机（加速喷射等离子流） ，海水由于惯性在这些地方会聚集，还有就是因为地表这些喷射发动机会产生高温， 融化地球两极的冰川， 这些因素共同导致上海这样的滨海城市一下子被海水吞没。加之地球远离太阳系宜居带， 离太阳的直线距离越来越远， 温度骤降 （影片里显示零下七八十度），海水结冰，于是有了
5、上海世贸中心和东方明珠被海水冰块淹没的场景。*知识点 3：为什么赤道上要安装“转向发动机”？这个很好理解， 因为电影中的情节是要避免太阳吞噬地球使地球逃离太阳系， 那么逃离必然是使地球呈直线（理想状态）或曲线背离太阳逃离。我们见过电视上火箭发射， 都是将火箭树立在地上点火发射的， 火箭上升过程中， 火箭的头部（即整流罩一端）都是一直向着目的轨道的方向，末端（发动机喷射一端）都是向着远离的方向。您不会见过跟孙悟空金箍棒一样旋转着发射的火箭， 如果见过 （美洲某些国家发射的某些火箭），那么这个火箭离解体爆炸也不远了。或者您看到的根本就是过年小朋友放的呲花？影片中的赤道附近的转向发动机，在逃离之初是
6、起到一个给地球自然自转的一个刹车作用，在到达目标星系后又提供一个恢复地球自转的启动作用（朝着刹车相反的方向喷射等离子流）。之所以选在赤道附近，是因为对于自转的停止和启动，地球赤道离南北极轴的直线距离最远，根据物理杠杆原理，在赤道发动机提供的力矩才最大。顺便科普一下，地球赤道自转线速度为 466 米/ 秒。*知识点 4：什么是“洛希极限”？洛希极限是指当行星与卫星距离近到一定程度时， 潮汐作用就会使天体本身解体分散。 这个使卫星解体的距离的极限值是由法国天文学家洛希首先求得的，因此称为洛希极限。当天体和第二个天体的距离为洛希极限时， 天体自身的重力和第二个天体造成的潮汐力相等。如果它们的距离少于
7、洛希极限， 天体就会倾向碎散， 继而成为第二个天体的环。 它以首个计算这个极限的人爱德华 洛希的名字命名。当卫星到达这个位置后， 高速运动产生的惯性离心力在卫星的向星面与背星面的差异已经不可忽视！在计算令天体解体的洛希极限时必须考虑离心力产生的发散作用。*知识点 5：人类为什么没有制造大型的宇宙飞船逃离， 而选择像蜗牛一样背着壳带着家园一起跑呢？1、人类由于技术瓶颈， 最多只能造出如同上海那么大的飞船， 生态系统太小无法长期航行；2、最近的半人马座没有行星，飞船去了也没地方停；3、最近有行星的恒星在 850 光年以外，飞船飞过去要 170000 年，路程太长；4、只有像地球这样规模的生态系统才
8、能维持生命不息持续几千年的航行。*知识点 6：什么是引力弹弓效应？影片中地球逃离太阳系时，和木星擦肩而过，就是想利用木星作引力弹弓效应进行加速。行星的引力助推作用能够改变飞行器相对于太阳的速度， 但由于必须遵守能量守恒定律， 所以它和行星间的相对速度并没有改变。 在飞行器第一次从远距离接近行星时， 产生的运动效果就像该飞行器被行星反弹开了。 科学家们称这种情况为弹性碰撞， 不过两者之间并没有发生实体接触。假设你是一个静止的观测者，那么你就会看到：行星以速度 U 向左运动，飞行器以速度 v向右运动。 由于两者的运动方向相反， 所以当飞行器运行至行星右侧时， 其轨道就会发生弯曲，进而以 U+v 的
9、相对速度（相对于行星表面）运行。当飞行器脱离环行星轨道时，其相对于行星表面的速度仍然为 U+v，但是此时的运动方向与原来相反即向左运动。 而由于行星本身正以速度 U 向左运动，所以在观测者看来，飞行器正以 2U+v 的速度向左运行其速度提升幅度为 2U，即行星运行速度的两倍。由于未考虑轨道的各种细节， 所以这是一个过于简单化的模型。 但是事实证明如果飞行器沿双曲线轨道运行， 则其无需启动引擎即可从相反方向离开行星， 同时只要其脱离了该行星引力的控制，那么它就可以获得 2U 的速度增量。*知识点 7：月球去哪了？原著中这么写道： “在回家的航程中，我们看到了起航的第一个信号：夜空中出现了一个巨大
10、的彗星， 那是月球。人类带不走月球， 就在月球上也安装了行星发动机， 把它推离地球轨道，以免在地球加速时相撞。 ”地球既然能被推动，那么月球那么小，推离也不是什么大问题了。*知识点 8：木星有那么大的引力吗？上图，显示了太阳系的 8 个行星的实际大小对比。影片中提到了木星的 “眼”，其实指的就是图中木星中心偏下方的“大红斑” ，这其实只是木星上的一个气旋风暴，光这个风暴，就至少可以装下 3 个地球。所以说，木星的引力，虽然远不及太阳的引力，但在其他太阳系的行星中，绝对数一数二。*知识点 9：影片中为什么地球地震频发？地震主要有两方面因素，一方面来自地球流浪本身，原著中这样写道：“由于地球发动机
11、产生的加速度及运行轨道的改变， 地核中铁镍核心的平衡被扰动， 其影响穿过古腾堡不连续面，波及地幔，各个大陆地热逸出，火山喷发横行， 这对于人类的地下城市是致命的威胁。从第六次变轨周期后，在各大陆的地下城中，岩浆渗入灾难频繁发生。 ”另一方面来自于木星的引力作用，原著中这样写道：“地球正在冲出木星的引力魔掌。这时警报尖叫起来，木星产生的引力潮汐正在向内陆推进.”稍微解释一下， 由于地球内部岩浆原本随地球自转而内部运动， 可以想象有一个上帝的特派员在拿着一杆铁锹搅动着一锅热粥， 整个锅一边被搅动， 一边被另外两个上帝的特派员抬着往前走。突然， 前面冲出来一辆车， 两个抬锅的特派员突然急刹车，锅里的
12、粥由于惯性和运动状态的突然改变， 洒到锅外面来。 就是岩浆逸出到地表或地下城里来，大家都知道， 有火山喷发，势必伴随着地震（盛粥的锅肯定会有倾斜和挤压） 。同样， 影片中提到了木星引力骤变， 可以理解为木星引力突然增大。 过年煮饺子蒸包子水开了，锅盖（地球板块）突然收到一个向上的力，你说会不会发生地震（锅盖被顶起或顶飞）呢。*知识点 10：木星被引燃的化学原理是什么？由于木星是气态行星，内部含有大量的氢原子，当然也包含 H2 氢气分子。影片情节中利用了氢气的可燃性（可在氧气中中燃烧） ：2H2+O2=点燃=2H2O（化合反应） 。那么氧气从哪来的呢？影片情节中有介绍， 由于地球已经接近了洛希极
13、限距离， 地球的大气层（地球表面上的气体） 已经被木星捕获吸走， 所以有了引燃木星产生爆炸冲击波弹开地球的最终解决方案。知识点 11：地球发动机的燃料是什么？在小说原著和电影中均未交待所谓 “重聚变发动机” 的准确定义到底是什么， 不过在原著中倒是对这种发动机有句简单的解释： “利用岩石中的硅元素进行核聚变反应，获得高能高压的等离子流。 ”所以说， 可以将这种发动机理解为一套巨型的核聚变离子脉冲推进系统。 而在现实中， 这种发动机是真实存在的，而且和电影中一样，也会喷出淡蓝色的光焰（等离子流） 。*知识点 12：除了流浪地球，还有什么其他生存方案吗？在过去的几十年内， 人类对于系外行星的探索突
14、飞猛进， 在天文台望远镜和太空卫星望远镜的帮助下，人类已经找到了 10+颗类地行星。相较于原著中提到的流浪目的星系，这些行星与地球的距离可以说那是相当遥远了。星际的遥远距离的旅行需要的能源和飞船的飞行速度， 是限制我们驶向太阳系外的最大瓶颈。按照人类目前制造的最先进飞船能够达到的最大速度， 我们大约需要至少上万年时间才能到达一个已发现的最近的类地行星。而将整个地球推到其他星系的想法听来的确新颖而大胆，但可行性基本等于零。2018 年离世的斯蒂芬 霍金（ Stephen Hawking）生前启动的突破摄星计划（ BreakthroughStarshot）曾为人类星际飞行注入一丝希望。他设想将几克
15、重的探测器利用电磁波的粒子性推动探测器， 在短时间内加速到 1/5 光速，使其在 20 多年的时间内飞到比邻星周围。 但是，这样的加速技术需要大量能量， 在接下来的几十年之内估计都很难实现。 更别提将地球推离现有轨道到达系外空间中去。从目前来看， 人类移民到太阳系之外最有希望的一种可能途径， 就是发现或创造空间虫洞 （这玩意还能创造呢？没错，请自行百度“费城实验” ），就如同电影星际穿越 （Interstellar ）为我们呈现的那种高维空间的通道。 尽管现实中科学家还未发现虫洞的存在证据， 但空间虫洞的存在有着坚实的理论基础。 也许在未来某一天， 凭借科技的发展进步， 我们能够发现虫洞并利用
16、其作为空间旅行的工具，就如同地铁一样安全可靠，实现人类的星际穿越的梦想。倘若人类拥有了虫洞穿越技术， 在地球遭遇宇宙灾难之时， 人类便无需流浪整个地球， 只需通过虫洞到达充满氧气、水的新星球就可以了。*知识点 13：半人马座比邻星是什么？小说原著中提到流浪地球的目的地是半人马座的比邻星， 半人马座， 在中国只有南方几个省份在春天的晚上才能看到。座内有两颗亮星， 星中国古代称为南门二，视星等为 -0.27m，是全天第三亮星； 星古称马腹一， 视星等 0.61m，为全天第十一亮星。 这两颗星离得很近， 中国古代合称它们为 “南门双星”，14 世纪郑和下西洋时， 曾用它们来导航。 南门二是一颗三合星
17、， 它的一颗 11m 的伴星（比邻星）离我们只有 4.2 光年，是距离太阳系最近的恒星。*知识点 14：现实中移动地球有多难？电影中，为了能够推动地球逃离太阳系（摆脱氦闪的威胁和太阳膨胀） ，大陆板块建造了上万台超级聚变地球发动机，每座发动机高达 11 公里，所有发动机共能产生 1500000 亿吨的推力。严格来讲，力的单位要以牛顿计量，换算一下， 大概是 150 亿亿牛顿。而我们赖以生存的地球的总质量大约为 6 亿亿亿千克。 根据牛顿第二定律， 能轻松计算出， 发动机喷射等离子流产生的推力，推动地球的加速度大约为 0.000000025 倍的地球表面重力加速度 (G)，如同蜉蝣撼大树，根本无
18、法推动地球。刘慈欣也曾后悔说： “当时没有经验，竟把地球发动机的具体参数全部详细列出，详细到可以很方便地直接计算地球得到的加速度， 计算的结果是： 发动机只能给地球零点 （N 多个零）几的加速度，先别说航行，改变轨道都不可能” 。*知识点 15：木星大红斑中的氢可能被点燃吗？木星的气体冲击波真可能将地球推走吗？在地球即将进入木星的洛希极限点之前， 地面上的救援队试图用所有行星发动机的能量集中到其中一个， 然后去喷射点燃木星的大红斑， 不过因为部分发动机没有完全工作， 所以总共7 万公里的距离还差 5000 公里才能得以点燃。在这涉及地球存亡的紧急关头，吴京所扮演的宇航员刘培强驾驶着空间站在木星
19、中爆炸， 空间站携带的巨多燃料弥补了爆炸触发的限制条件， 最终木星大红斑被成功点燃， 产生剧烈的冲击波， 这股来自于木星的气体巨浪将地球从木星周围推走，避免了被木星引力撕碎的风险。答案是， 这两个情况都不太可能发生。 如果要想让大红斑中的氢燃烧， 需要地球有充分的氧气混合。 有人问了， 不是被木星吸积的地球大气中包含有大量氧气么？您首先需要知道， 即使包含有氧气的地球大气被木星引力在吸到木星表面时， 因为过程时间很短， 并不会和氢气均匀混合，所以产生大规模燃烧的可能性非常小。假设可以燃烧发生爆炸， 产生的气体爆炸冲击波， 也不太可能对已被木星引力捕捉的地球逐渐靠近产生结果改变。我们首先需要理解
20、这个冲击波是怎么来的？其实就是因为氢气和氧气混合达到一定比例点燃爆炸， 短时间内产生大量热量和高速运动扩张的水蒸气， 非常类似于来自于太阳的活跃周期产生的太阳风。那么您见过太阳风把哪个行星或者说彗星吹跑的新闻吗？当爆炸的波 （气体波）到达地球时， 将与地球大气的中的粒子相互作用，并不会产生很强的推力。这个冲击波对地球轨迹的影响，我们可以用杯水车薪来形容。另外， 木星是气态行星， 你看到的上图中木星上色彩斑斓的纹路， 那其实都是木星上的狂风沙尘暴。地球大气被吸到木星表面时，会被大量的木星表面“土著”气旋风暴所稀释。再回想一下初中课本上学的，地球空气中，氧气仅占 21%的体积，感觉是稀释中的稀释了呢。还没完， 还记得我们上一篇文章中提到的木星引力吗？其中讲到了， 影片中台词提到的木星的“眼”，也就是大红斑，可以装的下三个地球，那么大概换算一下，大红斑能装下几百几千几万的大气层总气体量呢？有兴趣的读者可以自己计算一下。 现实中靠地球损失的部分大气层中的氧气与木星表面的氢分子点燃爆炸所产生的冲击波改变地球被木星捕获相撞的结果愿景，就如同向太平洋里丢了一根燃烧的火柴想把整个太平洋的水煮沸一样。
