别光看特效！一文看懂《流浪地球》里的科学奥秘
2019/2/9 12:42:36 走进科学
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看破迷雾，人生就会顺利很多
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来源：钱江晚报、新浪微博、新浪电影、上游新闻、共青团中央 等综合
大年初一
当世界近五分之一的人口
完成地球上最壮观的大迁徙
享受团圆的时刻
大银幕上
我们脚下的地球
却要启程流浪了
因为流浪
东半球面临一百代人的黑夜
鱼米之乡变成冰天雪地
地球痛失一半人口
这是一场史诗般壮烈的大迁徙
并将在木星眼斑的死亡凝视下
迎来悲壮震撼的高潮
新春伊始，很多人的社交首页都被一部名叫《流浪地球》的贺岁片刷了屏。
金马奖最佳男主角徐峥盛赞它是“里程碑式的电影，绝对是世界级别”↓↓
著名科幻作家韩松写下长微博，称“好多人都看哭了”↓↓
就连外媒也毫不吝啬对这部电影的好评。
《纽约时报》：中国电影业终于加入太空竞赛↓↓
截止2月7日，郭帆导演的《流浪地球》在豆瓣上获得了18万人次参评、平均8.1的高分。
根据猫眼数据，《流浪地球》大年初三的实时票房已经逆袭登顶。而去年的大黑马《红海行动》从春节首日的第四逆袭至第一则用了七天。该机构甚至大胆预测《流浪地球》的总票房将达到50.99亿。
截止2月7日中午11点的票房
故事背景是这样的：太阳急速老化，不断膨胀，太阳系已经不适合人类生存，于是人类为自己选了一个新的家园——比邻星(半人马座三星)。
比邻星同太阳一样，都是恒星，但质量只有太阳的八分之一
地球是个庞然大物，半径6371公里，重达59万亿亿吨。但人类造出了同样庞大的行星发动机，足以在5年左右将地球推进到逃逸速度(脱离太阳引力的最低速度)。
▲行星发动机示意图
木星的引力弹弓是怎么回事？
航天中存在引力弹弓现象，利用它，可以令航天器零消耗低改变方向、提升速度，送达目标轨道。
▲图a 引力弹弓的示意图
足够靠近后，地球被木星引力抓住，牵引，优雅地转体半周，然后像掷铁饼那样甩出去↓↓↓
▲图b 引力弹弓的示意图
感谢木星甘当人梯的奉献精神，地球获得了木星的轨道速度U，叠加上原有的速度V，速度增加到了U+V。地球的速度和能量都增加了，却没有消耗任何燃料，就奔着新家园去了。
但如果变轨时离一颗巨行星太近的话，这趟“观光旅行”可就要不怎么愉快了。
靠近木星时，行星发动机大批熄火
当地球靠近木星时，人类突然遭遇了巨大危机：数千台行星发动机故障熄火了，全球地震，火山爆发，岩浆吞没了地下城……
▲图中红线部分为长城
为什么几千台发动机会同时熄火呢？为什么地震、火山都赶在这个时候来凑热闹呢？这一切灾难的根源是“洛希极限”，简单说就是地球离木星太近了，太近会发生什么呢？
潮汐力有多可怕，我们拿一个茶壶和茶杯举例子：
▲图c 用来演示潮汐力的茶杯
我们在杯壁顶部倒一些水，让它在重力作用下向着杯底滑落。越靠近杯底，水滴会越拉越长，最后被拉扯到了撕裂的极限。这个极限就可以被认为是这个茶杯对水滴的“洛希极限”。
木星的引力场，实际上就是这样一个“茶杯”。地球尺寸很大，当它靠近木星时，离木星较近一侧受到的引力，将比较远一侧大得多，因此会像水滴一样被逐渐撕裂。
《流浪地球》电影中，地球已经到达了地木“流体洛希极限”(地木距离10.3万公里)。在此处，液体和气体不再能被地球引力束缚，而倾向于逃逸；而岩石还勉强能凭借自身的硬度坚持一会儿↓↓↓
▲图d 地木流体洛希极限模拟(二维简化模型)
再靠近木星一点，地球将进入地木“刚体洛希极限”(地木距离约7.44万公里)。在此处，就连坚硬的岩石都会被引力差撕碎，地球将彻底解体↓↓↓
▲图e 地木刚体洛希极限模拟(二维简化模型)
可以想象《流浪地球》中，人类面临的是怎样的绝望了。太靠近木星不行，那样会被潮汐力撕碎；太远离木星也不行，那样无法借助引力弹弓变轨……
好的科幻对科学有指向意义
限于时间和篇幅，在此只能对《流浪地球》中两个关键情节的科学背景进行讨论。实际上电影中涉及的科学知识非常多，设定详实，且高度融入剧情。
最重要的是，它们引出了很多值得思考的问题。从这个角度看，一部好的科幻电影真的能开启观众、尤其是孩子们的想象力与求知欲。好的科幻作品，尤其是硬科幻，对于科学是有比较强烈的指向意义。
在春节之际看到这样一部国产科幻电影，娱乐之余，还能传递科学知识与科学精神。
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