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            別光看特效!劉慈欣、吳京帶你看懂《流浪地球》里的科學奧秘

            期盼已久的春節檔最刺眼的片子——《流離地球》終于上映了!這部由劉慈欣小說《流離地球》改編的同名片子,歷時4年與不雅眾碰頭,仿佛讓人等了幾個宿世紀之久。終于,今天中國科幻片子正式起航!

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            本片除劉慈欣監制以外,更有吳京、李光潔、吳孟達等壯大演員聲勢助陣。超前點映口碑炸裂,看過的不雅眾紛紛暗示“穩了”!

            被譽為今世中國科幻“四大天王”之一的作家韓松撰文:“很多多少人都看哭了”。

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            金馬影帝、十億票房擔任的徐崢直接給出了最高評價——

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            顯然,為了打造中國第一部真正的硬科幻片子,劇組做了大量的功課,整部片子對太空、航天、機械等有著豐碩的表示。無論你是不是科幻迷,這都是一部值得二刷三刷的片子!


            劉慈欣、吳京、龔格爾標的目的科普中國的網友賀年

            硬科幻的魅力是什么?大要就是能跳出故事自己,讓我們對糊口發生紛歧樣的思慮。實際中,“流離地球”真的可能發生嗎?明知接近木星有危險,為什么地球還要走這條路?

            帶著各種疑問和思慮,讓我們一路惡補,配合走進科學的奧秘!

            為什么要去木星?

            故事布景是如許的:太陽急速老化,不竭膨脹,太陽系已經不適合人類保存,于是人類為本身選了一個新的家園——比鄰星(半人馬座三星)。

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            比鄰星同太陽一樣,都是恒星,但質量只有太陽的八分之一

            地球是個龐然大物,半徑6371公里,重達59萬億億噸。但人類造出了同樣復雜的行星策動機,足以在5年擺布將地球推進到逃逸速度(離開太陽引力的最低速度)。

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            行星策動機示意圖

            但這個速度還遠遠不敷。比鄰星(半人馬座三星)距離地球4.3光年,若是按照逃逸速度航行,需要7.7萬年才能抵達,這其實是太漫長了!

            即使行星策動機繼續加快,達到光速的百分之一仍然不成行。于是人類想到了借助木星的“引力彈弓”,令地球零耗損改變偏向、晉升速度,最后達到比鄰星。

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            那為什么行星策動機不克不及加快到百分之一光速呢?這是因為行星策動機的能量來自“重元素聚變”。

            重元素聚變有什么限制?

            所謂重元素聚變并不是什么稀奇玩意兒。在宇宙深處有不少恒星“巨無霸”,內部就在進行著重元素聚變。

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            重元素聚變的質能轉換效率是半斤八兩低的。最樂不雅估量,地球要達到逃逸速度,也必需燒失落7億億噸的石頭,半斤八兩于把全球的地面挖失落40米做為燃料;要達到光速的百分之一,則必需削去地殼的一半。

            若是無法靠本身的力量鞭策地球,那就借助精巧的軌道計較,操縱天文標準的力量——萬有引力。于是人類將目光投標的目的木星,這就是片子前半段上演的。

            木星的引力彈弓是怎么回事?

            航天中存在引力彈弓現象,操縱它,可以令航天器零耗損低改變偏向、晉升速度,送達方針軌道。

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            引力彈弓一般發生在一對重量相差懸殊的天體之間。這里我們用木星(紅色球)和地球(藍色球)舉個例子,如圖a和圖b所示。

            地球以速度V接近木星,而木星在軌道上以速度U運行↓↓↓

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            圖a 引力彈弓的示意圖

            足夠接近后,地球被木星引力抓住,牽引,優雅地轉體半周,然后像擲鐵餅那樣甩出去↓↓↓

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            圖b 引力彈弓的示意圖

            感激木星甘當人梯的奉獻精力,地球獲得了木星的軌道速度U,疊加上原有的速度V,速度增添到了U+V。地球的速度和能量都增添了,卻沒有耗損任何燃料,就奔著新家園去了。

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            但若是變軌時離一顆巨行星太近的話,這趟“不雅光觀光”可就要不怎么興奮了。

            接近木星時,行星策動機多量熄火

            本地球接近木星時,人類俄然遭遇了龐大危機:數千臺行星策動機故障熄火了,全球地動,火山爆發,巖漿淹沒了地下城……

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            圖中紅線部門為長城

            為什么幾千臺策動機遇同時熄火呢?為什么地動、火山都趕在這個時辰來湊熱鬧呢?這一切災難的根源是“洛希極限”,簡單說就是地球離木星太近了,太近會發生什么呢?

            跨越洛希極限會發生什么呢?

            洛希極限(Roche limit)是天文學中的一個特別的距離。當兩個天體的距離少于洛希極限時,它們就傾標的目的于被“潮汐力”撕碎。

            計較表白,地球和木星的距離若是低于103萬公里,那么大氣就會在潮汐力的感化下離開地球;若是距離低于7.44萬公里,那整個地球城市被撕碎。

            潮汐力有多恐怖,我們拿一個茶壺和茶杯舉例子:

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            圖 c 用來演示潮汐力的茶杯

            我們在杯壁頂部倒一些水,讓它在重力感化下標的目的著杯底滑落。越接近杯底,水滴會越拉越長,最后被拉扯到了扯破的極限。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,現實上就是如許一個“茶杯”。地球尺寸很大,當它接近木星時,離木星較近一側受到的引力,將比力遠一側大得多,是以會像水滴一樣被逐漸扯破。

            《流離地球》片子中,地球已經達到了地木“流體洛希極限”(地木距離103萬公里)。在此處,液體和氣體不再能被地球引力束厄局促,而傾標的目的于逃逸;而巖石還勉強能憑借自身的硬度對峙一會兒↓↓↓

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            圖 d 地木流體洛希極限模擬(二維簡化模子)

            再接近木星一點,地球將進入地木“剛體洛希極限”(地木距離7.44萬公里)。在此處,就連堅硬的巖石城市被引力差撕碎,地球將徹底解體↓↓↓

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            圖 e 地木剛體洛希極限模擬(二維簡化模子)

            可以想象《流離地球》中,人類面對的是如何的絕望了。太接近木星不可,那樣會被潮汐力撕碎;太遠離木星也不可,那樣無法借助引力彈弓變軌……

            好的科幻對科學有指標的目的意義

            限于時候和篇幅,在此只能對《流離地球》中兩個關頭情節的科學布景進行會商。現實上片子中涉及的科學常識很是多,設心猿意馬詳實,且高度融入劇情。

            最主要的是,它們引出了良多值得思慮的問題。從這個角度看,一部好的科幻片子真的能開啟不雅眾、尤其是孩子們的想象力與求知欲。好的科幻作品,尤其是硬科幻,對于科學是有比力強烈的指標的目的意義。

            在春節之際看到如許一部國產科幻片子,娛樂之余,還能傳遞科學常識與科學精力。

            讓我們一路為中國科幻點贊!


            • 發表于 2019-02-08 23:28
            • 閱讀 ( 1926 )
            • 分類:科學教育

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