《流浪地球》我們的征途是星辰大海!引力彈弓和剛體洛希極限

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《流浪地球》我們的征途是星辰大海!引力彈弓和剛體洛希極限

流浪地球劉慈欣同名小說改編

劉慈欣同名小說改編,講述了在不久的將來太陽急速衰老膨脹,太陽系已經不適合人類生存,地球面臨被吞沒的滅頂之災,為拯救地球人類將開啟“流浪地球”計劃。

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行星發動機

人類在地球表面建造了上萬座行星發動機,試圖帶著地球一起逃離太陽系,地球和人類就此踏上預計長達2500年的宇宙流浪之旅。

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太陽紅巨星化

《流浪地球》究竟講了些啥?

整部電影所展現的一個主題就是如何擺脫木星的“洛希極限“範圍。洛希極限就是一個天體自身的重力與第二個天體造成的潮汐力相等時的距離。當兩個天體的距離少於洛希極限,天體就會傾向碎散,繼而成為第二個天體的環。這其實就是“流浪地球計劃”的第三個“先流浪階段“。這裡我們首先需要明白地球駛入木星周圍的原因。

引力助推也叫做引力彈弓(Gravitational slingshot)

在航天動力學和宇宙空間動力學中,所謂的引力助推(也被稱為引力彈弓效應或繞行星變軌)是利用行星或其他天體的相對運動和引力改變飛行器的軌道和速度,以此來節省燃料、時間和計劃成本。引力彈弓既可用於加速飛行器,也能用於降低飛行器速度。

旅行者1號2號探測器都使用這個方法用少量的燃料修正航向來加速飛向太陽系外的。

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旅行者1號探測器運動軌跡

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旅行者2號探測器運動軌跡

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卡西尼軌跡動畫

1997年10月15日至2008年5月4日卡西尼軌跡動畫

牛頓第二運動定律告訴我們:物體加速度的大小跟作用力成正比,跟物體的質量成反比,且與物體質量的倒數成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。

也就是說,加速度等於作用力除以質量。

當地球飛到了木星的附近,那麼地球就必然就會受到木星的引力影響。木星的引力施加在地球上,就一定會產生加速度。這樣不管地球的初始速度是多少,都會飛得更快。只要設法讓地球不被木星給捕獲,就可以用更高的速度飛向遠方了。

這就是電影的前半段。

剛體洛希極限(Rocky limit of rigid body)和流體洛希極限

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洛希極限

由於離木星更近的紅色區域物質移動速度比離木星更遠的藍色區域物質要快,如紅色箭頭所表示。在《流浪地球》電影中,地球已經到達了地球與木星的“流體洛希極限”(約100萬公里)。

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地球進入木星流體洛希極限

電影中,液體和氣體不再能被地球引力束縛,而傾向於逃逸而被木星俘獲。

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蘇梅克·列維彗星1992年7月8日距木星表面4萬公里時進入了木星的剛體洛希極限,因受到強大的木星引力而分裂為21塊碎片。

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蘇梅克·列維彗星被木星引力扯碎

蘇梅克·列維彗星于格林尼治標準時間1994年7月16日20時15分開始以每小時21萬公里的速度陸續墜入木星大氣層,撞向木星的南半球,形成了彗星撞木星的天文奇觀。

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左下方閃光蘇梅克·列維彗星撞擊

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