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太阳何时会灭亡 聊聊《流浪地球》里的科学故事
关键字：故事,科学,地球,流浪
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大年初一，中国科幻电影《流浪地球》登陆各大影院，在竞争激烈的春节档期收获票房冠军。电影根据刘慈欣同名科幻小说改编而来，讲述了一个发生在不远未来的故事。
今天，我们就电影中涉及到的一些科学故事来聊一聊。
太阳什么时候会灭亡？
太阳诞生于约50亿年前的一次星云坍缩，太阳系的其它行星紧跟其后。太阳提供的能量来自于其中心氢气的聚核反应，如同大量氢弹在太阳内部不断爆炸，按照现有的数据估算，这种聚核反应总共将持续约100亿年，所以，太阳还可以再燃烧50亿年左右。
在小说《流浪地球》中，科学家发现太阳异常，并预测太阳将进入红巨星膨胀阶段，在接下来的数百年时间里淹没地球轨道。红巨星是恒星燃烧到后期所经历的一个较短的不稳定阶段。不过人类学家曾经估算过，因为周围环境的各种变化，人类在地球上还可以存在的时间大约是200万年。而物理学家霍金曾经更为悲观，因为人类使用能源的没有效率，预言几百年后就需要考虑离开地球。
比邻星是可能的归宿吗？
半人马座比邻星是除太阳之外距离地球最近的一颗恒星，距离我们4.2光年。如果真的有“流浪地球”计划，地球真的流浪到半人马座比邻星周围，那里的环境适合人类生存吗？
根据哈勃等强大望远镜对于半人马座比邻星的多项观测，我们还是可以了解到有关这个恒星的不少信息。半人马座比邻星质量只有太阳质量的七分之一，属于红矮星，它的亮度比太阳低。
在刘慈欣写《流浪地球》这篇小说的1999年，人们并不知道半人马座比邻星周围是否有行星存在。而在2016年年底，欧洲南方天文台一个名为“黯淡红点”的发现让天文学家和大众都非常兴奋——科学家们在半人马座比邻星周围发现了一个和地球非常类似的行星，它的质量大约是地球质量的1.3倍，公转周期为11.2天，位于半人马座比邻星的宜居区当中。天文学家使用了一个名为“地球相似指数”的参数，来描述这一行星和地球的相似度，“黯淡红点”的相似指数高达86%。
即便如此，这颗行星的某些性质与地球仍相差甚远。因为半人马座比邻星质量远低于太阳，所以围绕半人马座比邻星的宜居区也相应地更加靠近中心恒星。又因二者非常靠近，天文学中非常常见的一种现象便会出现——潮汐锁定。潮汐锁定使得行星只有一面朝向中心恒星。在某种程度上，这类似于我们熟悉的月亮，我们只能看到月球的一面。所以，行星永远朝向中心恒星的一面温度会很高，而另外一面温度很低。
基于对半人马座比邻星环境的以上推测，半人马座比邻星可能并不是一个非常适合地球流浪的目的地。也许，随着科技的高速发展，人类还可以找到除太阳之外距离地球较近、周围有“地球相似指数”较高的宜居区的另一颗恒星。
人类是否能够让地球停止转动？
在“流浪地球”计划中的第一步就是让地球停止转动，尽管在电影中没有直接展现这一场景，但是电影当中的旁白中有所提及。
我们了解到地球的转动能量是2.24×1029焦耳，这个能量是非常巨大的。
让我们做一个简单的对比：一颗原子弹释放出来的能量差不多相当于1百万个TNT当量，或者相当于4.2×1015焦耳，而历史上实验过的释放能量最强的大伊万氢弹，释放的能量差不多是5000万TNT当量，或者就是2.1×1017焦耳。地球的转动能量大约相当于1万亿（1012）个大伊万氢弹同时爆炸。
不过或许在不远的未来，人类能够熟练掌握了重核聚变能力的话，产生能量的能力将极大提高。按照电影所说，每个行星发动机通过重核聚变能够产生150万亿吨的推力。通过简单计算我们可以推论，这样一台发动机如果能够在赤道上持续不断地产生反推力，那么也需要21857天（大约60年）的时间才能够让地球停止转动。
不过按照电影所言，人类制造了一万个这样的行星发动机，其中一部分是位于赤道之上用于减速的，如果数量可以达到100个左右的话，那么就可以在相对比较短的时间停止地球转动。这在理论上是可能的，不过实现的难度也不算小。
一旦地球停止转动，将会发生什么？
最直接的一个效应就是，没有了转动，目前地球上几乎所有的大陆都会被海洋所淹没，这一点在电影当中有所提及。原因很简单，在地球转动的时候，因为离心力的缘故，作为液态的海洋会朝向赤道附近聚集，所以一旦地球停止转动，这些水会向两极流动，从而造成大陆被淹没。在电影当中，人类移居到了地下生活。
而且，因为没有了转动，所以地球将会有固定的一面朝向太阳，另外一面将一直处于黑夜当中，就仿佛我们在南极或者北极所经历的极昼或者极夜那样。电影中的中国救援队长在地球表面运送行星发动机救援修复设备时，也提到了穿越极夜区。尽管有地球大气的存在，但是远离太阳的一面，还是会因为长期得不到太阳的照射，从而温度变得很低，不太适合生命的存在。
为什么流浪地球要驶入木星周围？
整部电影所展现的一个主题就是如何摆脱木星的“刚体洛希极限”点。这里我们需要先明白地球驶入木星周围的原因。
木星引力是如此之强，为何地球不躲着木星行驶？其实在电影当中，联合共和国政府本来想通过一种叫作“引力弹弓”的效应，使用木星对地球进行加速，没想到部分行星发动机失效，导致地球被木星吸引而逐渐进入木星的“刚体洛希极限”，出现了电影当中所呈现的灾难。其实引力弹弓效应在探测器飞行中被广泛使用，通常被当作一种节省能源的加速方式，“旅行者一号”探测器就是利用木星和土星两次引力加速，才得以逃出太阳系。
这个效应的原理其实非常简单，因为行星本身也在围绕太阳转动，所以当行星吸引探测器或者其它天体的同时，就实际上赋予了探测器或者其它天体一部分速度，当探测器或者其它天体逃离出去的时候，就相当于被加速了。
“流浪地球”，这个大胆而美丽的想象值得我们向往。作为中国第一部科幻大片，《流浪地球》带给我们很多欣喜。中国的科幻电影之路，也如中国的科学发展之路，路漫漫其修远兮，还需大家的共同努力。□苟利军
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大年初一，中国科幻电影《流浪地球》登陆各大影院，在竞争激烈的春节档期收获票房冠军。电影根据刘慈欣同名科幻小说改编而来，讲述了一个发生在不远未来的故事。
今天，我们就电影中涉及到的一些科学故事来聊一聊。
太阳什么时候会灭亡？
太阳诞生于约50亿年前的一次星云坍缩，太阳系的其它行星紧跟其后。太阳提供的能量来自于其中心氢气的聚核反应，如同大量氢弹在太阳内部不断爆炸，按照现有的数据估算，这种聚核反应总共将持续约100亿年，所以，太阳还可以再燃烧50亿年左右。
在小说《流浪地球》中，科学家发现太阳异常，并预测太阳将进入红巨星膨胀阶段，在接下来的数百年时间里淹没地球轨道。红巨星是恒星燃烧到后期所经历的一个较短的不稳定阶段。不过人类学家曾经估算过，因为周围环境的各种变化，人类在地球上还可以存在的时间大约是200万年。而物理学家霍金曾经更为悲观，因为人类使用能源的没有效率，预言几百年后就需要考虑离开地球。
比邻星是可能的归宿吗？
半人马座比邻星是除太阳之外距离地球最近的一颗恒星，距离我们4.2光年。如果真的有“流浪地球”计划，地球真的流浪到半人马座比邻星周围，那里的环境适合人类生存吗？
根据哈勃等强大望远镜对于半人马座比邻星的多项观测，我们还是可以了解到有关这个恒星的不少信息。半人马座比邻星质量只有太阳质量的七分之一，属于红矮星，它的亮度比太阳低。
在刘慈欣写《流浪地球》这篇小说的1999年，人们并不知道半人马座比邻星周围是否有行星存在。而在2016年年底，欧洲南方天文台一个名为“黯淡红点”的发现让天文学家和大众都非常兴奋——科学家们在半人马座比邻星周围发现了一个和地球非常类似的行星，它的质量大约是地球质量的1.3倍，公转周期为11.2天，位于半人马座比邻星的宜居区当中。天文学家使用了一个名为“地球相似指数”的参数，来描述这一行星和地球的相似度，“黯淡红点”的相似指数高达86%。
即便如此，这颗行星的某些性质与地球仍相差甚远。因为半人马座比邻星质量远低于太阳，所以围绕半人马座比邻星的宜居区也相应地更加靠近中心恒星。又因二者非常靠近，天文学中非常常见的一种现象便会出现——潮汐锁定。潮汐锁定使得行星只有一面朝向中心恒星。在某种程度上，这类似于我们熟悉的月亮，我们只能看到月球的一面。所以，行星永远朝向中心恒星的一面温度会很高，而另外一面温度很低。
基于对半人马座比邻星环境的以上推测，半人马座比邻星可能并不是一个非常适合地球流浪的目的地。也许，随着科技的高速发展，人类还可以找到除太阳之外距离地球较近、周围有“地球相似指数”较高的宜居区的另一颗恒星。
人类是否能够让地球停止转动？
在“流浪地球”计划中的第一步就是让地球停止转动，尽管在电影中没有直接展现这一场景，但是电影当中的旁白中有所提及。
我们了解到地球的转动能量是2.24×1029焦耳，这个能量是非常巨大的。
让我们做一个简单的对比：一颗原子弹释放出来的能量差不多相当于1百万个TNT当量，或者相当于4.2×1015焦耳，而历史上实验过的释放能量最强的大伊万氢弹，释放的能量差不多是5000万TNT当量，或者就是2.1×1017焦耳。地球的转动能量大约相当于1万亿（1012）个大伊万氢弹同时爆炸。
不过或许在不远的未来，人类能够熟练掌握了重核聚变能力的话，产生能量的能力将极大提高。按照电影所说，每个行星发动机通过重核聚变能够产生150万亿吨的推力。通过简单计算我们可以推论，这样一台发动机如果能够在赤道上持续不断地产生反推力，那么也需要21857天（大约60年）的时间才能够让地球停止转动。
不过按照电影所言，人类制造了一万个这样的行星发动机，其中一部分是位于赤道之上用于减速的，如果数量可以达到100个左右的话，那么就可以在相对比较短的时间停止地球转动。这在理论上是可能的，不过实现的难度也不算小。
一旦地球停止转动，将会发生什么？
最直接的一个效应就是，没有了转动，目前地球上几乎所有的大陆都会被海洋所淹没，这一点在电影当中有所提及。原因很简单，在地球转动的时候，因为离心力的缘故，作为液态的海洋会朝向赤道附近聚集，所以一旦地球停止转动，这些水会向两极流动，从而造成大陆被淹没。在电影当中，人类移居到了地下生活。
而且，因为没有了转动，所以地球将会有固定的一面朝向太阳，另外一面将一直处于黑夜当中，就仿佛我们在南极或者北极所经历的极昼或者极夜那样。电影中的中国救援队长在地球表面运送行星发动机救援修复设备时，也提到了穿越极夜区。尽管有地球大气的存在，但是远离太阳的一面，还是会因为长期得不到太阳的照射，从而温度变得很低，不太适合生命的存在。
为什么流浪地球要驶入木星周围？
整部电影所展现的一个主题就是如何摆脱木星的“刚体洛希极限”点。这里我们需要先明白地球驶入木星周围的原因。
木星引力是如此之强，为何地球不躲着木星行驶？其实在电影当中，联合共和国政府本来想通过一种叫作“引力弹弓”的效应，使用木星对地球进行加速，没想到部分行星发动机失效，导致地球被木星吸引而逐渐进入木星的“刚体洛希极限”，出现了电影当中所呈现的灾难。其实引力弹弓效应在探测器飞行中被广泛使用，通常被当作一种节省能源的加速方式，“旅行者一号”探测器就是利用木星和土星两次引力加速，才得以逃出太阳系。
这个效应的原理其实非常简单，因为行星本身也在围绕太阳转动，所以当行星吸引探测器或者其它天体的同时，就实际上赋予了探测器或者其它天体一部分速度，当探测器或者其它天体逃离出去的时候，就相当于被加速了。
“流浪地球”，这个大胆而美丽的想象值得我们向往。作为中国第一部科幻大片，《流浪地球》带给我们很多欣喜。中国的科幻电影之路，也如中国的科学发展之路，路漫漫其修远兮，还需大家的共同努力。□苟利军
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