《流浪地球》里的科學(xué)奧秘

大年初一，中國科幻電影《流浪地球》登陸各大影院，成功追趕上《紅海行動(dòng)》，斬獲中國電影票房總榜亞軍。電影根據(jù)著名作家劉慈欣同名科幻小說改編而來，講述了一個(gè)發(fā)生在不遠(yuǎn)未來的故事：太陽急劇老化，隨時(shí)都有可能進(jìn)入到紅巨星的膨脹階段，地球也將因此被吞噬。在此危急關(guān)頭，為了地球人的存亡，地球上的聯(lián)合共和國作出了一項(xiàng)緊急決定，在地球上建造上萬座重核聚變行星發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)產(chǎn)生上百萬億噸的推力，把地球當(dāng)成一個(gè)龐大的宇宙飛船，駛離現(xiàn)有軌道，駛向距離太陽系最近的一顆恒星——半人馬座比鄰星，從而開啟了一段長達(dá)2500年的星際旅行。

今天，我們就電影中涉及到的一些科學(xué)故事來聊一聊，也不失為一件有趣的事。

太陽什么時(shí)候會(huì)滅亡

太陽提供的能量來自于其中心氫氣的聚核反應(yīng)，如同大量氫彈在太陽內(nèi)部不斷爆炸，按照現(xiàn)有的數(shù)據(jù)估算，這種聚核反應(yīng)總共將持續(xù)約100億年。所以，太陽還可以再燃燒50億年左右。

人類學(xué)家曾經(jīng)估算過，因?yàn)橹車h(huán)境的各種變化，人類在地球上還可以存在大約200萬年。而物理學(xué)家霍金曾經(jīng)更為悲觀，因?yàn)槿祟悷o節(jié)制、無效率地使用能源，預(yù)言幾百年后就需要考慮離開地球。

在某個(gè)時(shí)間，地球在被淹沒之前就已經(jīng)移到太陽系的宜居區(qū)之外，不再適合生命存在，反而在那個(gè)時(shí)候，火星將完全進(jìn)入宜居區(qū)。

比鄰星是可能的歸宿嗎

半人馬座比鄰星是除太陽之外距離地球最近的一顆恒星，距離我們4.2光年。那里的環(huán)境適合人類生存嗎？

在2016年底，歐洲南方天文臺(tái)一個(gè)名為“黯淡紅點(diǎn)”的發(fā)現(xiàn)讓天文學(xué)家和大眾都非常興奮——科學(xué)家們?cè)诎肴笋R座比鄰星周圍發(fā)現(xiàn)了一個(gè)和地球非常類似的行星，它的質(zhì)量大約是地球質(zhì)量的1.3倍，公轉(zhuǎn)周期為11.2天，位于半人馬座比鄰星的宜居區(qū)當(dāng)中。

即便如此，這顆行星的某些性質(zhì)與地球仍相差甚遠(yuǎn)。因?yàn)榘肴笋R座比鄰星質(zhì)量遠(yuǎn)低于太陽，所以圍繞半人馬座比鄰星的宜居區(qū)也相應(yīng)地更加靠近中心恒星。又因二者非常靠近，天文學(xué)中非常常見的一種現(xiàn)象便會(huì)出現(xiàn)——潮汐鎖定。潮汐鎖定使得行星只有一面朝向中心恒星。在某種程度上，這類似于我們熟悉的月亮，我們只能看到月球的一面。所以，行星永遠(yuǎn)朝向中心恒星的一面溫度會(huì)很高，而另外一面溫度很低。

在潮汐鎖定之外，還有一個(gè)更為重要的問題，那就是中心恒星頻繁的爆發(fā)現(xiàn)象。盡管半人馬座比鄰星質(zhì)量比太陽質(zhì)量小，但它的爆發(fā)頻率和釋放出來的能量要比太陽大得多。半人馬座比鄰星的行星上所接收到的紫外輻射，比地球上用來殺死病菌的紫外線強(qiáng)度還要高出100倍以上，這對(duì)于行星上的生命來說無異于一場災(zāi)難。

所以，半人馬座比鄰星可能并不是一個(gè)合適的目的地。

人類是否能讓地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)

在“流浪地球”計(jì)劃中，第一步就是讓地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這是否可以實(shí)現(xiàn)？

讓我們做一個(gè)簡單的對(duì)比：一顆原子彈釋放出來的能量差不多相當(dāng)于一百萬個(gè)TNT當(dāng)量，而歷史上實(shí)驗(yàn)過的釋放能量最強(qiáng)的大伊萬氫彈，釋放的能量差不多是5000萬TNT當(dāng)量。地球的轉(zhuǎn)動(dòng)能量大約相當(dāng)于一萬億個(gè)大伊萬氫彈同時(shí)爆炸。

按照電影所說，每個(gè)行星發(fā)動(dòng)機(jī)通過重核聚變能夠產(chǎn)生150萬億噸的推力。通過簡單計(jì)算我們可以推論，這樣一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)如果能夠在赤道上持續(xù)不斷地產(chǎn)生反推力，那么也需要21857天（大約60年）的時(shí)間才能夠讓地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

一旦地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將會(huì)發(fā)生什么

地球停轉(zhuǎn)最直接的一個(gè)效應(yīng)就是，目前地球上幾乎所有的大陸都會(huì)被海洋淹沒。原因很簡單，在地球轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，因?yàn)殡x心力的緣故，作為液態(tài)的海洋會(huì)朝向赤道附近聚集。所以一旦地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這些水會(huì)向兩極流動(dòng)，從而造成大陸被淹沒。在電影當(dāng)中，人類移居到了地下生活。

那么人類有可能還在地球表面生存嗎？根據(jù)動(dòng)畫模擬，最終幾乎所有的大陸都會(huì)被淹沒，只剩下赤道附近的一圈超級(jí)大陸凸顯出來。

而且，因?yàn)闆]有了轉(zhuǎn)動(dòng)，所以地球?qū)?huì)有固定的一面朝向太陽，另外一面將一直處于黑夜當(dāng)中，就仿佛我們?cè)谀蠘O或者北極所經(jīng)歷的極晝或者極夜那樣，因?yàn)殚L期得不到太陽的照射，從而溫度變得很低，不太適合生命的存在。盡管如此，“流浪地球”，這個(gè)大膽而美麗的想象值得我們向往。

（水云間薦自《北京日?qǐng)?bào)》2019.2.13）