本文專家：木辛君，清華大學(xué)航天航空學(xué)院工程力學(xué)系在讀博士椭蹄，中國科幻銀河獎(jiǎng)/星云獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)作者
本文審核：劉慈欣矮瘟，高級(jí)工程師，科幻作家塑娇，中國作協(xié)會(huì)員，小說《流浪地球》作者劫侧、電影監(jiān)制
春節(jié)期間埋酬，電影《流浪地球》好評(píng)如潮。這部由劉慈欣小說《流浪地球》改編的同名電影烧栋，歷時(shí)4年與觀眾見面写妥，仿佛讓人等了幾個(gè)世紀(jì)之久。
本片除劉慈欣監(jiān)制以外审姓，更有吳京珍特、李光潔、吳孟達(dá)等演員陣容助陣魔吐，看過的觀眾紛紛表示“穩(wěn)了”扎筒！
作家韓松撰文：“好多人都看哭了”。
演員徐崢直接給出了最高評(píng)價(jià)：
顯然酬姆，為了打造中國第一部真正的硬科幻電影嗜桌，劇組做了大量的功課，整部電影對(duì)太空辞色、航天骨宠、機(jī)械等有著豐富的表現(xiàn)。無論你是不是科幻迷相满，這都是一部值得二刷三刷的電影层亿！
硬科幻的魅力是什么？大概就是能跳出故事本身立美，讓我們對(duì)生活產(chǎn)生不一樣的思考∧溆郑現(xiàn)實(shí)中，“流浪地球”真的可能發(fā)生嗎悯辙？明知靠近木星有危險(xiǎn)琳省，為什么地球還要走這條路迎吵？
帶著種種疑問和思考，讓我們一起惡補(bǔ)针贬，共同走進(jìn)科學(xué)的奧秘击费！
為什么要去木星？
故事背景是這樣的：太陽急速老化桦他，不斷膨脹蔫巩，太陽系已經(jīng)不適合人類生存，于是人類為自己選了一個(gè)新的家園——比鄰星（半人馬座三星）快压。
比鄰星同太陽一樣圆仔，都是恒星，但質(zhì)量只有太陽的八分之一
地球是個(gè)龐然大物蔫劣，半徑6371公里坪郭，重達(dá)59萬億億噸。但人類造出了同樣龐大的行星發(fā)動(dòng)機(jī)脉幢，足以在5年左右將地球推進(jìn)到逃逸速度（脫離太陽引力的最低速度）歪沃。
行星發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖
但這個(gè)速度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。比鄰星（半人馬座三星）距離地球4.3光年嫌松，如果按照逃逸速度航行沪曙，需要7.7萬年才能抵達(dá)，這實(shí)在是太漫長了萎羔！
即使行星發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速液走，達(dá)到光速的百分之一仍然不可行。于是人類想到了借助木星的“引力彈弓”贾陷，令地球零消耗改變方向缘眶、提升速度，最后到達(dá)比鄰星髓废。
那為什么行星發(fā)動(dòng)機(jī)不能加速到百分之一光速呢磅崭？這是因?yàn)樾行前l(fā)動(dòng)機(jī)的能量來自“重元素聚變”。
重元素聚變有什么限制瓦哎？
所謂重元素聚變并不是什么稀奇玩意兒砸喻。在宇宙深處有不少恒星“巨無霸”，內(nèi)部就在進(jìn)行著重元素聚變蒋譬。
重元素聚變的質(zhì)能轉(zhuǎn)換效率是相當(dāng)?shù)偷摹?b>最樂觀估計(jì)割岛，地球要達(dá)到逃逸速度，也必須燒掉7億億噸的石頭犯助，相當(dāng)于把全球的地面挖掉40米做為燃料癣漆；要達(dá)到光速的百分之一，則必須削去地殼的一半剂买。
如果無法靠自己的力量推動(dòng)地球惠爽，那就借助精巧的軌道計(jì)算癌蓖，利用天文尺度的力量——萬有引力。于是人類將目光投向木星婚肆，這就是電影前半段上演的租副。
木星的引力彈弓是怎么回事？
航天中存在引力彈弓現(xiàn)象较性，利用它用僧，可以令航天器零消耗低改變方向、提升速度赞咙，送達(dá)目標(biāo)軌道责循。
引力彈弓一般發(fā)生在一對(duì)重量相差懸殊的天體之間。這里我們用木星（紅色球）和地球（藍(lán)色球）舉個(gè)例子攀操，如圖a和圖b所示院仿。
地球以速度V靠近木星，而木星在軌道上以速度U運(yùn)行↓↓↓
圖 a 引力彈弓的示意圖
足夠靠近后速和，地球被木星引力抓住意蛀，牽引，優(yōu)雅地轉(zhuǎn)體半周健芭，然后像擲鐵餅?zāi)菢铀Τ鋈ァ?/b>
圖 b 引力彈弓的示意圖
感謝木星甘當(dāng)人梯的奉獻(xiàn)精神，地球獲得了木星的軌道速度U秀姐，疊加上原有的速度V慈迈，速度增加到了U+V。地球的速度和能量都增加了省有，卻沒有消耗任何燃料痒留，就奔著新家園去了。
但如果變軌時(shí)離一顆巨行星太近的話蠢沿，這趟“觀光旅行”可就要不怎么愉快了伸头。
靠近木星時(shí)，行星發(fā)動(dòng)機(jī)大批熄火
當(dāng)?shù)厍蚩拷拘菚r(shí)舷蟀，人類突然遭遇了巨大危機(jī)：數(shù)千臺(tái)行星發(fā)動(dòng)機(jī)故障熄火了恤磷，全球地震，火山爆發(fā)野宜，巖漿吞沒了地下城……
圖中紅線部分為長城
為什么幾千臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)同時(shí)熄火呢扫步？為什么地震、火山都趕在這個(gè)時(shí)候來湊熱鬧呢匈子？這一切災(zāi)難的根源是“洛希極限”河胎，簡單說就是地球離木星太近了，太近會(huì)發(fā)生什么呢虎敦？
超過洛希極限會(huì)發(fā)生什么呢游岳？
洛希極限（Roche limit）是天文學(xué)中的一個(gè)特殊的距離政敢。當(dāng)兩個(gè)天體的距離少于洛希極限時(shí)，它們就傾向于被“潮汐力”撕碎胚迫。
計(jì)算表明喷户，地球和木星的距離如果低于10.3萬公里，那么大氣就會(huì)在潮汐力的作用下脫離地球晌区；如果距離低于7.44萬公里摩骨，那整個(gè)地球都會(huì)被撕碎。
潮汐力有多可怕朗若，我們拿一個(gè)茶壺和茶杯舉例子：
圖 c 用來演示潮汐力的茶杯
我們?cè)诒陧敳康挂恍┧瘴澹屗谥亓ψ饔孟孪蛑谆洹Ｔ娇拷卓扌福螘?huì)越拉越長灾馒，最后被拉扯到了撕裂的極限。這個(gè)極限就可以被認(rèn)為是這個(gè)茶杯對(duì)水滴的“洛希極限”遣总。
木星的引力場睬罗，實(shí)際上就是這樣一個(gè)“茶杯”。地球尺寸很大旭斥，當(dāng)它靠近木星時(shí)容达，離木星較近一側(cè)受到的引力，將比較遠(yuǎn)一側(cè)大得多垂券，因此會(huì)像水滴一樣被逐漸撕裂花盐。
《流浪地球》電影中，地球已經(jīng)到達(dá)了地木“流體洛希極限”（地木距離10.3萬公里）菇爪。在此處算芯，液體和氣體不再能被地球引力束縛，而傾向于逃逸凳宙；而巖石還勉強(qiáng)能憑借自身的硬度堅(jiān)持一會(huì)兒↓↓↓
圖 d 地木流體洛希極限模擬(二維簡化模型)
再靠近木星一點(diǎn)熙揍，地球?qū)⑦M(jìn)入地木“剛體洛希極限”（地木距離約7.44萬公里）。在此處氏涩，就連堅(jiān)硬的巖石都會(huì)被引力差撕碎届囚，地球?qū)氐捉怏w↓↓↓
圖 e 地木剛體洛希極限模擬(二維簡化模型)
可以想象《流浪地球》中，人類面臨的是怎樣的絕望了是尖。太靠近木星不行奖亚，那樣會(huì)被潮汐力撕碎；太遠(yuǎn)離木星也不行析砸，那樣無法借助引力彈弓變軌……
好的科幻對(duì)科學(xué)有指向意義
限于時(shí)間和篇幅昔字，在此只能對(duì)《流浪地球》中兩個(gè)關(guān)鍵情節(jié)的科學(xué)背景進(jìn)行討論。實(shí)際上電影中涉及的科學(xué)知識(shí)非常多，設(shè)定詳實(shí)作郭，且高度融入劇情陨囊。
最重要的是，它們引出了很多值得思考的問題夹攒。從這個(gè)角度看蜘醋，一部好的科幻電影真的能開啟觀眾、尤其是孩子們的想象力與求知欲咏尝。好的科幻作品压语，尤其是硬科幻，對(duì)于科學(xué)是有比較強(qiáng)烈的指向意義编检。
一起為中國科幻點(diǎn)贊胎食！
