? ? ? ? 大年初一歼捐，根據(jù)劉慈欣的小說(shuō)《流浪地球》改編的同名電影《流浪地球》在全國(guó)上映。我第一時(shí)間慕名到電影院去觀看了影片轨蛤。整部電影氣勢(shì)恢宏，講述了太陽(yáng)將變成紅巨星虫埂，人類(lèi)驅(qū)動(dòng)地球逃離太陽(yáng)系的故事祥山。
? ? ? ? 從恒星的演化規(guī)律上來(lái)講，太陽(yáng)是會(huì)有熄火的那一天掉伏，不過(guò)是在遙遠(yuǎn)的50億年之后缝呕。簡(jiǎn)單來(lái)講，當(dāng)太陽(yáng)核心中的氫燃燒殆盡斧散，生成的氦元素在引力的作用下坍縮供常，釋放的能量進(jìn)一步升高溫度，點(diǎn)燃核心周?chē)臍錃蛹瑁缓筇?yáng)迅速膨脹栈暇，成為一顆紅巨星。
? ? ? 有理論認(rèn)為闯参，太陽(yáng)演化生成的紅巨星非常巨大瞻鹏，最遠(yuǎn)能夠膨脹到地球軌道。這樣鹿寨，水星新博、金星和地球都會(huì)逐漸墜入太陽(yáng)而毀滅。其實(shí)脚草，早在太陽(yáng)吞噬掉地球之前赫悄，地球上的海洋早已被膨脹的紅巨星烤干，生命不復(fù)存在馏慨。
圖注：當(dāng)太陽(yáng)變成紅巨星時(shí)的樣子
“氦閃”是什么現(xiàn)象埂淮？
? ? ? ? 電影中還提到一個(gè)天體物理學(xué)中的名詞氦閃，我們?cè)賮?lái)具體介紹一下写隶。
? ? ? ? 氦閃是發(fā)生在質(zhì)量介于0.5倍到2倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星演化末期倔撞。當(dāng)核心處的氫燃燒殆盡，形成的氦堆積在核心處慕趴，氦不斷積累自我壓縮痪蝇，密度增加到一定程度形成“簡(jiǎn)并態(tài)”，處于簡(jiǎn)并態(tài)的物質(zhì)靠簡(jiǎn)并壓（一種量子力學(xué)效應(yīng)）支撐著自身重力冕房，而非靠熱壓力支撐躏啰。核心處的氦的自我壓縮，還會(huì)讓溫度升高耙册，然而簡(jiǎn)并態(tài)物質(zhì)有一個(gè)奇怪的特性：溫度升高并不會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生熱膨脹给僵，直到熱壓力再次超過(guò)簡(jiǎn)并壓，而且簡(jiǎn)并態(tài)物質(zhì)的熱傳導(dǎo)性非常好详拙，當(dāng)溫度一路飆升至1億度時(shí)帝际，氦就受不了了蔓同，發(fā)生猛烈的熱核燃燒，短短幾分鐘就把核心6%的氦元素變成碳元素胡本。對(duì)于太陽(yáng)質(zhì)量的恒星來(lái)講牌柄，氦閃釋放的能量相當(dāng)于太陽(yáng)正常燃燒3000萬(wàn)年。
? ? ? ? 然而侧甫，據(jù)計(jì)算珊佣，如此巨大的能量并不會(huì)對(duì)紅巨星的外觀造成什么可觀測(cè)的影響，因?yàn)檫@種能量釋放發(fā)生在恒星的深處披粟，巨大的能量釋放讓熱壓力超過(guò)簡(jiǎn)并壓咒锻，核心物質(zhì)脫離簡(jiǎn)并態(tài)而膨脹，大部分能量都耗費(fèi)在驅(qū)動(dòng)核心物質(zhì)膨脹當(dāng)中守屉，剩余的少部分能量被厚厚的外殼吸收惑艇。實(shí)際上，并不會(huì)發(fā)生電影中看到的劇烈景象拇泛。
圖注：太陽(yáng)從誕生到膨脹為紅巨星的過(guò)程滨巴。
移動(dòng)地球有多難？
? ? ? ? 影片中俺叭，為了能夠移動(dòng)地球恭取，設(shè)定了萬(wàn)臺(tái)超級(jí)聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，每座11公里高熄守，總共能產(chǎn)生150萬(wàn)億噸的推力蜈垮，嚴(yán)格來(lái)講單位要用牛頓，換算一下裕照，大約是150億億牛頓攒发。地球的質(zhì)量大約6億億億千克，利用牛頓第二定律晋南，可很容易計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)地球的加速度大約等于0.000000025倍的地球表面重力加速度惠猿，猶如蜉蝣撼大樹(shù)，根本無(wú)法驅(qū)動(dòng)地球脫離太陽(yáng)负间。
? ? ? ? 劉慈欣也曾后悔說(shuō)“當(dāng)時(shí)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)偶妖，竟把地球發(fā)動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)全部詳細(xì)列出，詳細(xì)到可以很方便地直接計(jì)算地球得到的加速度唉擂，計(jì)算的結(jié)果是：發(fā)動(dòng)機(jī)只能給地球零點(diǎn)（N多個(gè)零）幾的加速度，別說(shuō)航行檀葛，改變軌道都不可能”玩祟。
地球?yàn)槭裁从斜荒拘撬毫训奈ｋU(xiǎn)？電影中反復(fù)提到的“洛希極限”是什么意思屿聋？
圖注：地球靠近巨大木星時(shí)空扎，行星發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的等離子體火焰顯得非常纖弱無(wú)力藏鹊。
? ? ? ? 影片中，當(dāng)推動(dòng)地球前進(jìn)的行星發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)转锈，地球離木星越來(lái)越近盘寡，即便后來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但仍然無(wú)濟(jì)于事撮慨，地球仍然在接近木星竿痰。地球人陷入了絕望之中，到了該吃吃該喝木星的潮汐力就會(huì)把地球撕碎砌溺！在千鈞一發(fā)時(shí)刻影涉，人類(lèi)靠點(diǎn)燃木星和地球氧氣混合氣體的方法，成功把地球推離危險(xiǎn)軌道规伐。
圖注：地球的部分大氣層已被木星的引力吸走蟹倾。
? ? ? ? 在天體力學(xué)中，洛希極限又稱(chēng)洛希半徑猖闪，最早由法國(guó)天文學(xué)家洛希提出鲜棠，因此稱(chēng)為洛希極限。我們就拿地球接近木星作為特例簡(jiǎn)單說(shuō)一下：地球的物質(zhì)結(jié)合在一起的主要作用力是自身的重力培慌，當(dāng)?shù)厍蚩拷拘堑臅r(shí)候豁陆，木星會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生強(qiáng)烈的潮汐撕扯作用，當(dāng)潮汐力超過(guò)地球自身物質(zhì)的重力結(jié)合作用時(shí)检柬，地球就會(huì)被撕裂献联。地球剛開(kāi)始被撕裂時(shí)，離木星的距離就是洛希極限何址。
? ? ? ? 土星壯觀的光環(huán)就位于土星的洛希極限內(nèi)里逆，光環(huán)中的物質(zhì)無(wú)法靠自身的引力聚合成較大的天體。實(shí)際上用爪，土星環(huán)可能就是由土星的一顆天然衛(wèi)星越過(guò)洛希極限被撕裂形成的原押。當(dāng)然也可能是土星形成時(shí)剩余的物質(zhì)。還有一個(gè)有趣的例子偎血，火星的衛(wèi)星“火衛(wèi)一”早晚會(huì)進(jìn)入火星的洛希極限內(nèi)诸衔，被火星撕裂，形成圍繞火星的環(huán)狀系統(tǒng)颇玷”颗科學(xué)家估計(jì)這個(gè)時(shí)間大約只有3000萬(wàn)年到5000萬(wàn)年。
圖注：美麗的土星和光環(huán)系統(tǒng)帖渠。土星被比喻為“太空中的指環(huán)王”谒亦。
宇宙中還真有流浪行星
? ? ? ? 從電影回到現(xiàn)實(shí)中，科學(xué)家還真發(fā)現(xiàn)宇宙中有流浪行星（Rogue planets），這樣的行星不隸屬于任何恒星份招。今年年初切揭，清華大學(xué)毛淑德教授接受我們采訪時(shí)就表示，可以利用“微引力透鏡法”探測(cè)流浪行星锁摔。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)廓旬，微引力透鏡是指當(dāng)有未知天體經(jīng)過(guò)背景恒星時(shí)，天體的時(shí)空彎曲效應(yīng)就會(huì)突然增亮背景恒星的亮度谐腰。
? ? ? ? 流浪行星的形成有多種原因孕豹，質(zhì)量較大的可能是像恒星那樣獨(dú)立形成的，例如有很多行星的質(zhì)量已經(jīng)逼近褐矮星的程度怔蚌。有些可能是中央恒星發(fā)生超新星爆炸巩步，行星被沖擊到宇宙空間。
? ? ? ? 還有一些可能是在恒星系統(tǒng)形成的過(guò)程中桦踊，被其他行星的引力相互作用拋出去的椅野。自從牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律解釋了行星運(yùn)動(dòng)以來(lái)，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)籍胯，由于恒星系統(tǒng)是多體相互作用竟闪，其實(shí)是一個(gè)混沌系統(tǒng)，長(zhǎng)期來(lái)看運(yùn)動(dòng)是不可預(yù)測(cè)的杖狼，有一種可能就是某顆行星會(huì)被拋出太陽(yáng)系炼蛤。
? ? ? ? 還有一種更精彩的情況，當(dāng)恒星被黑洞吞噬的時(shí)候蝶涩，其攜帶的行星有可能被拋射出去理朋，形成速度極快的流浪行星。
? ? ? ? 電影中還有一些其他的科學(xué)細(xì)節(jié)绿聘，就不一一解析了嗽上。這部小說(shuō)的成功主要還在于故事情節(jié)，太陽(yáng)變成紅巨星熄攘，人類(lèi)帶著世世代代生存的家園一起逃離兽愤，本身就是一件非常浪漫的事情。
