“流浪地球”中物理学名词的通俗版科普

“流浪地球”中物理学名词的通俗版科普

从大年初一上映开始,根据刘慈欣的小说《流浪地球》改编的同名电影《流浪地球》在全国掀起一股观影热潮。流浪地球不负众望拿下众多票房纪录,堪称国内科幻片特效,口碑之最,甚至很多人拿流浪地球与诺兰的星际旅行做对比。笔者也是第一时间到电影院去观看了这部影片。看完之后,我被影片恢弘的画面所震撼,久久不能释怀。看完影片之后,笔者发现电影里面有好多的专业词汇,比如红巨星,希洛极限等等。我在查阅大量资料之后整理了电影中的几个物理学名词,不专业之处还请见谅。

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先大致了解下恒星的演变规律

恒星是由引力凝聚在一起的球型发光,太阳就是最接近地球的恒星,至少在恒星生命的一段时期,恒星会在核心进行氢融合成氦的核聚变反应,从恒星的内部将能量向外传输,经过漫长的路径,然后从表面辐射到外太空。一旦核心的氢消耗殆尽,恒星的生命就即将结束。(插个题外话,天上的星星都是恒星吗?答案是在通常情况下,我们所看到的星星都是恒星,但是不都是恒星。星星还包括行星、恒星、彗星等)。

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红巨星

从恒星的演化规律上来讲,太阳是会有陨落的那一天,不过是在遥远的50亿年之后。简单来讲,当太阳核心中的氢燃烧殆尽,释放的能量进一步升高温度,点燃太阳周围的氢壳层,然后太阳迅速膨胀,便会成为一颗红巨星。有理论认为,太阳演化生成的红巨星非常巨大,最远能够膨胀到地球轨道。其实,早在太阳吞噬掉地球之前,地球上的海洋早已被膨胀的红巨星烤干,更别提流浪地球了。我们可能听说过各种版本的"世界末日",但太阳成变红巨星引起的"世界末日"肯定是必然会发生的!刘慈欣以太阳变红巨星这个知识点为基础,写出了著名的科幻小说《流浪地球》,讲述人类发现太阳要变成红巨星时,可见电影的背景设置还是非常严谨的,光凭这一点就要给流浪地球点个赞。

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太阳演化生成的红巨星非常巨大,最远能够膨胀到地球轨道

氦闪

上一段我们提到了太阳最终会演变成红巨星,会吞噬掉太阳系中的很多行星。电影中在提红巨星之后,又提到了另外一个词:氦闪。这个是什么鬼?笔者用自己的话给大家简单的整理概括了一下。

氦闪是发生在质量介于0.5倍到2倍太阳质量的恒星演化末期。当核心处的氢燃烧殆尽,形成的氦堆积在核心处,核心的物质越来越多,然后发生收缩温度升高,但核心的物质处于简并态,温度的升高并不能使其自动停止收缩,温度会越来越高,当跨过1亿度的门槛时,就发生了猛烈的氦燃烧,数分钟内就把能够燃烧的氦变成了碳。但氦闪释放的能量都被太阳本身吸收,表面居然看不出内部发生了什么。

电影中反复提到的"洛希极限"是什么意思?

影片中,当推动地球前进的行星发动机发生故障时,地球离木星越来越近,即便后来发动机恢复运转,但仍然无济于事,地球仍然在接近木星。地球人陷入了绝望之中,到了该吃吃该喝喝的状态。如果地球越过木星的洛希极限距离时,木星的潮汐力就会把地球撕碎!在千钧一发时刻,人类靠点燃木星和地球氧气混合气体的方法,成功把地球推离危险轨道。

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地球的部分大气层已被木星的引力吸走

在天体力学中,洛希极限又称洛希半径,最早由法国天文学家洛希提出,因此称为洛希极限。我们就拿地球接近木星作为特例简单说一下:地球的物质结合在一起的主要作用力是自身的重力,当地球靠近木星的时候,木星会对地球产生强烈的潮汐撕扯作用,当潮汐力超过地球自身物质的重力结合作用时,地球就会被撕裂。地球刚开始被撕裂时,离木星的距离就是洛希极限。

土星壮观的光环就位于土星的洛希极限内,光环中的物质无法靠自身的引力聚合成较大的天体。实际上,土星环可能就是由土星的一颗天然卫星越过洛希极限被撕裂形成的。当然也可能是土星形成时剩余的物质。

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土星环可能就是由土星的一颗天然卫星越过洛希极限被撕裂形成的

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那么很多人造卫星、空间站等航天器都距离地球非常近,为什么没有因为位于洛希极限而被拉碎呢?这是由于航天器的质量和体积都太小,物体的近地端与远地端所受到的引力影响差别不大,所以也就不会被拉碎了。

流浪地球的目的地——比邻星

喜欢天文知识的人都知道,距离太阳系最近的恒星是"比邻星",只有4.2光年,虽然4.2光年对于我们来说已然非常遥远,但是相对于星系距离来讲,已经非常短了。

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在2016年,欧洲南方天台发现一颗行星围绕比邻星公转,该行星距离比邻星约0.05个天文单位(750万公里),质量相当于地球的1.3倍。令人兴奋的是,该行星可能处于比邻星的宜居带上。"宜居带"是指行星距离恒星远近合适的区域,在这一区域内,恒星传递给行星的热量适中,既不会太热也不太冷,能够维持液态水的存在。但由于比邻星是一颗红矮星,能量输出不太稳定,经常有大的爆发现象,可能并不适合生命在其周围生存。因此比邻星一直是人类设想的星际航行的首选目的地。

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