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《流浪地球》剧照。

  春节档,电影《流浪地球》大热。不少观众在看完电影后依然觉得摸不着头脑,到底什么是“引力弹弓”?“重聚变发动机”又是怎样工作的?南京航空航天大学理学院副教授李晋斌应邀为扬子晚报做了专门解读。 扬子晚报/扬眼记者 杨甜子

  关于引力弹弓

  “引力弹弓”是飞行器加速常用的方法

  《流浪地球》电影中,地球逃逸太阳引力的重要段落里,“引力弹弓”扮演了举足轻重的“角色”。李晋斌介绍,地球这个庞然大物,半径6371公里。但剧中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太阳引力的最低速度,即16.7公里/秒。这个速度相当于复兴号列车速度的200倍。即便是如此高的速度,相对于星际距离来说还远远不够,目的地比邻星(半人马座三星)距离地球4.3光年,如果按照逃逸速度航行,需要7.7万年才能抵达,这实在是太漫长了!于是人类想到了借助木星的“引力弹弓”,令地球零消耗改变方向、提升速度,最后到达比邻星。

  李晋斌告诉扬子晚报记者,“引力弹弓”是一种飞行器加速常用的方法,我们向地球以外的天体发射飞行器时,常会应用到其他行星或天体做“引力弹弓”,以此来节省燃料、时间和计划成本。比较经典的可能是美国的“卡西尼”号探测器了,它于1997年10月15日从地球发射前往目的地——土星,但只带了很少的燃料。它在1998年4月26日利用了金星的弹射,在1999年7月24日利用了金星的第二次弹射,又于1999年8月18日利用了地球的弹射,后于2000年12月30日利用了木星的弹射,最终于2004年7月1日抵达土星。

  电影里的“引力弹弓”场景很可能实现不了

  “比如一只乒乓球,当它飞向一面静止的球拍时,在忽略重力、空气阻力、摩擦等因素的情况下,反弹速度是相同的。但如果这个球拍向着来球方向移动,那这个球与拍相撞后反弹速度就会变快,这就是‘引力弹弓’效应。”李晋斌说,其实“引力弹弓”也是科幻电影经典桥段之一。例如《星际穿越》中,库珀为使“巡逻者”号飞船到达米勒星球,这就需要降速c/3,他采用的方案是利用一颗中子星进行引力弹弓减速。

  值得注意的是,《流浪地球》中的引力弹弓场景很可能实现不了,电影忽视了一个非常重要的先决条件,木星和地球的质量比值不够大,大约320(不像乒乓球和球拍质量差那么悬殊)。地球不可能利用木星的巨大引力实现引力弹弓的加速效果,地球一旦被木星引力捕获,结果必然是地球和木星相互牵扯,两者相互围绕旋转,旋转半径会越来越小,最后,地球和木星发生猛烈碰撞,形成一个新的星球。

《流浪地球》剧照。

  关于重聚变发动机

  重聚变发动机助攻“流浪地球”理论上有可能

  在《流浪地球》里,还有一些引人注目的“大家伙”——高度达11千米,比珠穆朗玛峰还高2.2千米的重聚变发动机。每台发动机能提供150亿吨的推力,而这样的发动机在欧亚大陆和美洲大陆总共有一万两千台,总共能提供150万亿吨的推力,如此大的动力方可在5年左右将地球推进到逃逸太阳引力的最低速度,即16.7公里/秒。

  李晋斌解读,重聚变,就是由重原子进行的核聚变。“我们常听说聚变的是轻核聚变即氢聚变反应变为氦放出巨大能量,这也是太阳产生能量的主要方式。人类能做到的还只是利用氢原子进行的不可控核聚变(氢弹),但氦并不是核聚变的终点,氦可以继续聚变生成碳,碳继续聚变生成硅,即氦–4→碳–12→硅–28。硅当然也不是核聚变的终点,大质量恒星后期的聚变反应就是“重聚变”。从“硅”开始大质量恒星“重聚变”过程是:硅–28→硫–32 → 氩–36→钙–40→钛–44 → 铬 –48 → 铁–52(铁–56),核聚变走到铁这一步,就不再释放能量,而是吸收能量,所以重聚变最后产生的废渣就是铁。“重聚变”释放出的能量,比氢弹爆炸释放的能量要大很多很多。当然重聚变需要的温度也高得多、压强也要大得多才能实现。

  小说和电影中,利用岩石为主要燃料进行核聚变就是这个过程。我们地球上岩石的主要成分是“硅”。正是有了重聚变发动机,才能让“流浪地球”计划成功,因为岩石在地球上到处都是,提供了无穷无尽的燃料。至于如何实现可控“重聚变”,那就是科学家而非科幻小说家的任务。

  特别关注

  太阳变为红巨星?50亿年后再说!

  李晋斌特别补充,太阳变为红巨星只是《流浪地球》中的一个假设。现实中的太阳按照恒星正常的寿命,50亿年之后才会变为红巨星。那时候人类大概已经移民到其他恒星系星球。所以大家不必杞人忧天,还是应该珍惜当下。

 
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