《流浪地球》課件(圖文)

WANDERINGEARTH中的硬科學(xué)宣講人：某某某時間：20XX.XX流浪地球急速衰老膨脹近未來,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)太陽急速衰老膨脹,短時間內(nèi)包括地球在內(nèi)的整個太陽系都將被太陽所吞沒。流浪地球為了自救，人類提出一個名為”流浪地球”的大膽計劃，即傾全球之力在地球表面建造上萬座發(fā)動機和轉(zhuǎn)向發(fā)動機推動地球離開太陽系,用2500年的時間奔往另外一個棲息之地-比鄰星。今天我們結(jié)合電影和原著小說,聊聊《流浪地球》中的幾大硬科學(xué)。流浪地球原著小說目前的天文學(xué)知識告訴我們,像太陽這樣的行星會從核心開始以一層一層的球殼將氫融合成氦。這個過程會使恒星的大小逐漸增加,通過次巨星的階段，直到達到紅巨星的狀態(tài)。最后其核心會塌陷成為致密白矮星。處于紅巨星時代的太陽會失去穩(wěn)定調(diào)節(jié)機制，能量產(chǎn)出不斷增加,并且體積開始膨脹變得更紅。天文學(xué)知識在這種演化的末期,紅巨星中心積累了足夠高的溫度,最終會使得氦構(gòu)成的核心開始聚變失控的氦核心燃燒會在數(shù)秒的短暫時間內(nèi)釋放出巨大的能量,這被稱作“氦閃”。太陽目前已有近50億歲，是處于最穩(wěn)定的“中年期”。添加文字天文學(xué)家們估計太陽還有50到70億年的壽命。估計約12億年后發(fā)生首次氦的融合添加文字而在小說中這個過程被加速了,太陽的紅巨星期將在大約400年后到來。這就是人類要逃離太陽系的目的了,因為隨著太陽的膨脹。它慢慢會將相鄰的金星,水星和地球吞沒。留給人類的時間只有大約400年。太陽系時間人類相鄰我們看到圖片的正中央有一-個醒目的藍色光點,這就是氦閃的瞬間爆發(fā)出的閃耀光芒而在正常的狀態(tài)下,這顆發(fā)生氦閃的恒星,在圖片中是完全分辨不出來的。氦閃爆發(fā)瞬間內(nèi)核的溫度甚至能夠上升到1億K以上,釋放出的能量也是非?？植赖?幾乎相當(dāng)于恒星壽命當(dāng)中接近1/5左右的能量。電影中描述為一萬座行星發(fā)動機,總推力最多會達到150萬億噸。由于地球的質(zhì)量為6億億億千克,根據(jù)牛頓第二_運動定律(F=ma)可以計算出電影描述計算行星發(fā)動機能夠給地球產(chǎn)生的加速度大約為2.5x10^-7米/平方秒。雖然這個加速度很小,但給予足夠的時間,其實是可以推動地球前進。添加文字內(nèi)容點擊添加文字添加文字內(nèi)容點擊添加文字原著對行星發(fā)動機的解釋:“用巖石中的硅元素進行核聚變反應(yīng),獲得高能高壓的等離子流。所以可以將這種發(fā)動機理解為一套巨型的核聚變離子脈沖推進系統(tǒng)而這種發(fā)動機是真實存在的電影而且和電影中一樣,也會噴出淡藍色的光焰。離子發(fā)動機的工作原理是先將推進劑進行電離開發(fā)再利用電場將離子加速噴出形成推力。以NASA多年前開發(fā)的離子推進器為例它使用氙作為推進劑,氙原子核和電子首先在電場的作用下分離,得到游離態(tài)的氙離子。之后，氙離子進入了推進器尾端的兩片柵格構(gòu)成的靜電場中,被加速后高速噴出,形成推力。雖然目前的離子推進器從推力上看只有幾十毫牛，也就能吹起一-張紙而已,更別提脫離地球引力,但在諸如深空探索、星際旅行等真空狀態(tài)下經(jīng)過長時間累積加速后,還是可以完成高速飛行及飛行器變軌等任務(wù)，目前已有很多的衛(wèi)星及探測器搭載了不同種類的離子推進器。引力彈弓就是利用行星的重力場來給太空探測船加速,將它甩向下一個目標，也就是把行星當(dāng)作“引力助推器”。木星是太陽系中除了太陽之外最大的天體。其引力大約比地球強2.5倍。因為體積太大,能夠牽引太陽系包括地球在內(nèi)的其它行星。比如地球上的四季就是木星的引力作用。木星大哥還保護了地球小弟不受眾多小行星和彗星的撞擊,人類才得以在地球表面.上演化出來。利用行星的重力場電影中的原理,就是要利用木星的引|力把地球吸過去,只要飛得足夠快,并且算好角度,就會得到巨大的加速力。可惜問題在于人類”沒有算好”。主要原因還是在于速度不夠,結(jié)果地球被木星的強大引力捕獲了。就像月球--樣,被地球活生生的"搶過來”成了--顆衛(wèi)星。而在電影中的問題就更嚴重--些，因為木星引力太大,地球距離木星太近,差點超越洛希極限。洛希極限(Rochelimit)是天文學(xué)中的一個特殊的距離。當(dāng)兩個天體的距離少于洛希極限時,它們就傾向于被“潮汐力”撕碎。計算表明,地球和木星的距離如果低于10.3萬公里,那么大氣就會在潮汐力的作用下脫離地球;如果距離低于7.44萬公里,那整個地球都會被撕碎。我們在杯壁頂部倒一些水,讓它在重力作用。下向著杯底滑落。越靠近杯底,水滴會越拉越長,最后被拉扯到了撕裂的極限。這個極限就可以被認為是這個茶杯對水滴的“洛希極限’木星的引力場,實際.上就是這樣--個"茶杯”.。。地球尺寸很大，當(dāng)它靠近木星時,離木星較近-側(cè)受到的引|力1將比較遠一側(cè)大得多因此會像水滴一樣被逐漸撕裂。我們在杯壁頂部倒一些水在影片的高潮階段,地球落向木星。主人公突然想到:木星大氣石油氫氣組成,而地球大氣中包含20%的氧氣。于是救援隊點燃了木星和地球大氣的混合氣體,產(chǎn)生巨大的沖擊波將地球推離木星。這個橋段是經(jīng)不住推敲的,氫氧混合燃燒其本質(zhì)仍然