【劇透慎入】《流浪地球》背後科學原理 中科協解釋兩大關鍵情節

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中國科幻電影《流浪地球》大熱,但所涉及的科學原理相當深奧,一般市民難以輕易理解。

中國科學技術協會日前就在官方微博上分享文章,深入淺出介紹其中兩個關鍵情節背後的科學原理,包括人類是如何讓整個地球離開太陽系,以及為何靠近木星時會發生大災難,但偏偏要「明知山有虎偏虎山行」。

《流浪地球》上映後大受歡迎。(視覺中國)

以下內容會嚴重劇透,慎入。

電影的故事背景是太陽正在急速老化及不斷膨脹,太陽系不再適合人類居住,為此人類挑選最接近太陽系的恆星「比鄰星(半人馬座α星C)」作為新家園。人類不願放棄地球,決意要帶同一起「搬家」,但地球體積龐大,故人類就在地球上建設大量巨型的「行星引擎」,令地球能在5年內推進至可以脫離太陽系的最低速度「第三宇宙速度」。

比鄰星與地球相距足足有4.3光年,如果只以最低速度飛行,需要7.7萬年才能抵達,要加速至光速的1/100,則需要消耗極大量燃料。行星引擎所需的能量來自重元素核聚變,但質能轉換效率相當低,僅僅是令地球達至「第三宇宙速度」就必須用掉7億億噸石頭,相當於全地球地面挖掉40米;要達到光速的1/100,更必須用掉地殼一半的厚度。

人類在地球上建設大量巨型的「行星引擎」,令地球能在5年內推進至可以脫離太陽系的最低速度「第三宇宙速度」。(網上圖片)

難以用地球上的燃料飛行,人類就改用天文程度的「萬有引力」,借助木星作為「引力彈弓」,令地球能在零消耗下改變方向及加速。

所謂「引力彈弓」,一般是發生在兩個質量懸殊的天體之間,以地球和木星作例子,地球以速度V靠近木星,木星同時正在自身軌道中以速度U運轉。兩者足夠靠近後,地球就會被木星的引力捕捉、牽引,轉半周後像擲鐵餅那樣被「甩」出去。如此一來,地球就能獲得木星的速度,變成U加V。

地球靠近木星以借助「引力彈弓」加速。(網上圖片)

惟電影中當地球靠近木星時,人類突然遇到滅頂危機,數千部行星引擎停機、全地球大規模地震、火山爆發。文章解釋,大災難緣於「洛希極限(Roche limit),即一個天體對自身重力與第二個天體對它造成的潮汐力相等時兩個天體的距離。兩個天體的距離少於洛希極限時,質量較小的天體就會被質量較大的天體撕碎。地球與木星的距離少於10.3萬公里,大氣層就會脫離;少於7.44萬公里就會被撕碎。故此,電影的高潮位在於人類要確保足夠接近木星以借助「引力彈弓」,但同時又不能太接近以免被撕碎。

(科普中國)



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