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妈咪说MommyTalk, 引力弹弓和洛希极限是啥?木星可以点燃吗?《流浪地球》中的物理学

引力 弹弓 和 洛希 极限 是 啥 ?木星 可以 点燃 吗 ?《流浪 地球 》中 的 物理学

妈咪 说 知识 就是 力量 大家 好 我 是 妈咪 叔

咱们 新 的 一年 算是 第二季 正式 开播 了

前两天 问 大家 都 对 什么 感兴趣

我 看 大部分 人 给 我 留言 都 在 说 《 流浪 地球 》

实不相瞒 我 昨天 刚看 的 电影

很早 的 时候 倒 是 看过 大 刘 的 原著

所以 咱们 今天 就 来 聊 一聊

就是 你们 的 问题 《 流浪 地球 》 当中 有 哪些 科学 和 不 科学 的 地方

我 跟 你 说 这 就是 理工 男 的 臭 毛病

你 说 你 本来 生活 当中 就 没有 什么 乐趣

好不容易 别人 给 你 写 了 一个 硬 科幻 哎呀 喜欢 的 不得了

然后 很多 理工 男非 要 挑 bug 亲手 毁 了 自己 喜欢 的 东西

他们 把 这个 叫 乐趣 活该 单身 是 吧

来 吧 开始

我先 来说 一下 整个 故事 技术 上 的 主线

这 不算 剧透 没关系 大家 随便 听

因为 这个 电影 主要 看 特效 是 吧

说 故事 发生 在 未来 的 某 一年

太阳 急剧 老化 要 不行 了

你 看 这个 设定 就 比较 推陈出新

我们 一般 看 科幻 都 是 地球 不行 了

因为 按照 现在 的 预测 太阳 寿命 还有 50 亿年

而 地球 的 寿命 还是 未知数 变数 太多 了

不过 大概 在 5 到 10 亿年 之后 随着 地表 温度 升高

无机 碳 加速 循环 二氧化碳 的 含量 会 大大的 降低

二氧化碳 降低 了 大部分 植物 就 活不了 了

无法 光合作用 嘛

这样一来 氧气 就 会 大大减少

氧气 一 减少 动物 就 会 濒临灭绝

所以 在 以往 我们 看到 的 科幻 当中 都 是 地球 出现 问题 了

我 想 地球 怎么办

现在 《 流浪 地球 》 的 设定 就是 太阳 的 毁灭 提前 到来 了

人类 怎么办 ?

答案 只有 一个 逃

可是 怎么 逃

说建 一个 能 把 全人类 装进去 的 宇宙飞船

可是 这 不是 长久之计 啊

首先 我 还 没 发现 除了 地球 之外 的 可能 供 人类 生存 的 星球

所以 飞船 往 哪飞 啊 ?

其次 这么 多人 食物 和 能源 怎么办 啊 ?

于是 人们 想出 了 这样 一个 办法

我 带 着 地球 一起 逃

说白了 给 地球 换 一个 太阳 也 就是 恒星

那 最近 的 恒星 是 哪 一颗 啊 ?

比邻星 4.22 光年

这 就是 在 这个 设定 下 全人类 的 目标

妥 了 那 就 带 着 地球 一起 逃 吧

设想 一下 我 给 地球 装 上 喷射器 来 提供 动力 让 地球 飞走

那 第一个 问题 就 来 了

咱们 先 不 考虑 喷射器 需要 提供 多大 的 动力

喷射器 是 用来 干嘛 的 ?

他 是 用来 克服 太阳 的 引力 的

可是 地球 有 自转 啊 我往 那个 方向 喷 呢 ?

所以 在 原著 当中 流浪 地球 计划 分为 了 若干个 步骤

第一步 就是 首先 让 地球 停止 自转 我 好找 个 方向 喷

其实 也 不是 完全 停止 是 和 太阳 达到 潮汐 锁定

就 像是 月 亮相 对于 地球 一样

说 为什么 月亮 的 背面 总是 看 不 着 啊 ?

因为 潮汐 锁定 咱们 讲过 对 吧 ?

那 怎么 停 呢 ?

我 就 在 赤道 上 沿着 自转 的 反 方向 安装 若干个 喷射器

你 不是 想 转嘛

我用 喷射器 拖缓 你 的 自转

直到 达到 和 太阳 潮汐 锁定

这个 过程 预计 50 年

在 电影 当中 这步 已经 实施 过 了

注意 哦 这是 停止 自转 和 公转 没关系

你 说 我 把 公转 也 停 了 那 地球 不 就 坠 向 太阳 了 嘛

绕 着 太阳 的 公转 该 怎么 转 还 怎么 转

就是 让 太阳 对 地球 的 引力 来 充当 向心力 做 公转

好 这回 我 可以 安装 把 地球 推走 的 喷射器 了

向 那个 方向 喷 ? 这 就 有 学问 了

乍一看 我 想 远离 太阳 肯定 是 向着 太阳 喷 啊

然后 让 反作用力 把 地球 推 走 不行

这个 时候 咱们 就 得 考虑 能源 问题 了

就是 向着 太阳 喷 浪费 能源

而且 实际 当中 也 没人 这么 干

有 同学 说 实际 当中 还有 这个 问题 吗 ?

有 啊 这 就是 卫星 的 变轨 问题

比如说 地球 现在 有 一个 卫星

我 想 把 卫星 从 低 轨变 到 高轨 怎么办 呢 ?

没有 说 向着 地球 喷射 的

都 是 沿着 运动 方向向 后 喷

而且 对于 卫星 的 变轨 也 不用 一直 提供 动力

一般 就是 两次 就 搞定 了 低轨 一次 高轨 一次

这 叫做 霍曼 转移 这样 节省能源

所以 地球 也 一样

要 沿着 地球 的 公转 方向向 后 喷

就是 我 让 你 的 公转 线速度 变 大

这样 离心力 就 变大 了 啊 离 太阳 就 越来越 远

就 相当于 从 低 轨变 高轨

然后 有 同学 在 这 就 开始 较真儿 了

说 我 计算 了 穷尽 全 地球 的 所有 海水 做 聚变 燃料 也 推 不 走 地球

其实 对于 这 一点 疑问 在 《 流浪 地球 》 当中 还有 另外 一个 设定

就是 假设 人类 已经 掌握 了 重 核聚变 的 技术

你 看 电影 里 救援队 为了 救 喷射器 用 的 火石 作 原料

火石 是 啥 ? 就是 某种 重元素

理论 上重 核聚变 能量 确实 很 高

但 这 就是 设定 没 必要 在 这 上面 较真儿

因为 现在 氢核 的 可控 聚变 人类 还 没 掌握 呢

而且 重核 都 会 倾向 裂变

就是 重 变轻 原子弹 就是 这么 造 的 嘛

但是 重 核能 不能 聚变 呢 ? 未来 谁 也 不 知道 啊

这 不是 什么 大 毛病 咱们 就 假设 能源 不是 问题

于是 人类 靠 着重 核聚变 把 地球 推到 了 比邻星

故事 完美 结束 ( 了 吗 ?)

当然 这是 开玩笑 的

如果 就 这么 结束 了 那 就 不是 大 刘 了

一场 声势浩大 的 全人类 迁徙 必须 得 有 个 灾难 啊

要不然 就 没什么 看头 了

所以 对于 能源 的 设定 上 就 很 巧妙

即便 人类 掌握 了 重 核聚变 技术

然后 一直 使用 节省能源 的 霍曼 转移 轨道 方法

地球 的 能源 也 无法 将 地球 推出 太阳系

而且 这种 办法 时间 太 长

那 怎么办 呢 ?

于是 下 一个 任务 就是 要 利用 木星 的 引力 弹弓 效应 来 加速

什么 是 引力 弹弓 效应 呢 ?

其实 它 和 弹性 碰撞 十分 类似

不同 的 是 弹性 碰撞 是 通过 碰撞 来 传递 动量 和 能量

而 引力 弹弓 是 通过 引力

假如 说 有 一个 弹性 碰撞 问题

这是 一个 大球 这是 一个 小球

小球 的 质量 可以 小到 忽略不计

然后 它 俩 迎面 运动 都 有 速度

问 碰撞 之后 小球 的 速度 是 多少

中学物理 当中 这种 题 不 陌生 吧

两个 方程 能量守恒 动量 守恒 一 联立

很快 你 就 能求 出 v1'、v2'

在 小球 质量 忽略不计 的 情况 下 你 会 发现

碰撞 之后 大球 的 速度 约等于 原来 的 速度

这 很 好 理解 人家 个 大 嘛 撞 一下 什么 影响 都 没有

但是 你 发现 小球 的 速度 变 了

变成 了 原来 的 速度 首先 反向

再 加上 两倍 的 大球 的 速度

你 看 对于 人家 可以 忽略不计

到 了 小球 这 增加 了 两倍 的 大球 速度

这个 问题 我们 把 碰撞 换成 引力 就是 引力 弹弓 效应

比如说 这是 木星 正在 向 我 飞来

然后 理想 状态 下 我们 让 地球 面向 着 木星

不能 正对着 啊 正对着 就 撞 上 了

要 保持 一定 距离 然后 让 木星 的 引力 把 地球 甩 过来

甩 过来 之后 的 速度 就是 原来 地球 的 速度 再 加上 两倍 木星 速度

就 像是 弹弓 一样 所以 叫做 引力 弹弓 加速

这多 好 啊 节省 多少 能源

我 给 大家 一个 模拟 引力 的 网页

这个 网页 物理 引擎 做 的 还是 不错 的

你们 可以 建 两个 小球 体会 一下

引力 弹弓 效应 对于 发射卫星 而言 帮助 太大 了

就 现在 的 技术 来说 想要 发射 远距离 卫星 续航 仍然 是 问题

所以 很多 时候 人们 就是 借助 引力 弹弓 来 给 卫星 提供 动力 的

最早 的 实现 可以 追溯到 1959 年 苏联 的 月球 3 号

就是 通过 引力 弹弓 飞 到 月球 背面 去 拍 了 一张 照片

到 了 1974 年 水手 10 号 就是 第一艘 水星 探测器

当时 它 就是 借助 金星 来 加速 的

之后 的 旅行者 1 号 、 伽利略 号 等等 都 使用 过 这个 办法

不过 话说回来 你 发现 这个 办法 适用 于 卫星

因为 卫星 对于 行星 来说 质量 可以 忽略不计

所以 能够 达到 最 理想 的 加速

但是 你 真想 让 地球 通过 木星 来 实现 引力 弹弓 加速 就 不 那么 容易 了

木星 的 质量 大概 是 地球 的 300 多倍

这种 量级 就 不能 忽略不计 了

首先 肯定 得 对 木星 的 原有 轨道 产生 干扰

然后 也 达 不到 理想 的 两倍 木星 速度 的 加速

不过 没关系 反正 太阳 都 要 没 了

我 还 管 你 木星 怎么着 了

走 着 于是 奔 着 木星 就 去 了

下 一个 问题 就 出现 了

说 地球 离 木星 太近 了

马上 就要 突破 一个 叫做 洛希 极限 的 位置

地球 面临 着 即将 被 撕裂 的 末日

啥 是 洛希 极限 呢 ?

这 就是 十九世纪 法国 数学家 天文学家 爱德华 · 洛希 计算 的 一个 结果

其实 理解 起来 超级 简单

我们 都 知道 两个 天体 之间 是 存在 万有引力 的

为了 化简 问题 一般 我们 处理 问题 的 时候 都 是 把 天体 当场 质点

就是 你 只要 知道 天体 质量 和 质心 距离 万有引力 大小 我 就 知道 了

可是 实际 情况 是 天体 不是 质点 啊

比如说 这是 木星 这是 地球

木星 对 地球 的 引力 实际上 是 不 均匀 的

你 看离 木星 近 的 一端 由于 距离 更近 所以 引力 就 更 大 一些

离 木星 远 的 一端 引力 就 更 小 一些

导致 地球 的 两侧 受力 其实 是 不 一样 的

咱们 之前 也 说 过

这种 引力 差 作用 在 某 一点 上 带来 的 效应 是 什么 啊 ?

潮汐 力

为什么 海水 要 涨潮 啊 ?

因为 引力 差 带来 的 潮汐 力

首先 我们 可以 肯定 潮汐 力 肯定 和 天体 距离 有关 了

也 就是 两个 天体 离得 越近 潮汐 力 就 会 越 大

那能 不能 说 达到 某个 位置

较 小 的 天体 受不了 这种 引力 差 了

前边 的 引力 太大 了 就 把 这个 天体 给 撕碎 了 呢 ?

能 这个 位置 就是 所谓 的 洛希 极限

被 撕碎 的 天体 就 变成 了 行星 环

所以 洛希 也 是 最早 解释 行星 环 成因 的 人

当然 洛希 极限 不仅 和 距离 有关

还 得 和 这个 天体 好不好 撕 有关

也 就是 和 天体 的 密度 有关

而且 对于 流体 和 刚体 的 洛希 极限 也 不同

因为 流体 好 撕碎 啊 刚体 不好 撕碎

其实 洛希 极限 我们 每个 人 都 见到 过

举个 例子 比如说 你 脑补 这样 一个 画面

假设 在 太空 中 无 重力 的 情况 下 有 这么 一大 坨 水

这些 水会 是 什么 形状 呢 ?

应该 是 个 球体 对 吧 ? 大 水球

现在 假设 这个 水球 逐渐 靠近 地球

直到 坠落 到 地面 之前

在 不 考虑 空气 的 影响 的 情况 下

它 能 一直 保持 一个 水球 的 形状 吗 ?

显然 不能 可能 是 一滩 可能 变成 雨滴 等等

这 就是 因为 突破 了 水球 的 洛希 极限 然后 被 撕碎 了 呀

明白 了 吧

但是 其实 《 流浪 地球 》 在 这里 有 一个 问题

刚才 咱们 说 洛希 极限 和 距离 还有 两 天体 的 密度 有关

这是 公式 推导 出来 的

你 要是 通过 计算 就 会 发现

在 两个 天体 都 是 理想 刚体 的 情况 下

如果 较 小 天体 的 密度 是 较大 天体 密度 的 两倍 以上

这种 情况 下 计算出来 的 洛希 极限 在 大 天体 的 内部

为啥 在 内部 呢 ?

说白了 这个 小 天体 的 密度 要是 在 两倍 以上 它 就 永远 不会 被 撕裂

两个 天体 的 结局 只能 是 相撞

地球 平均 密度 是 5.514g/cm^3

木星 平均 密度 是 1.326g/cm^3

地球 密度 是 木星 密度 的 4 倍 多点

所以 理论 上 地球 和 木星 之间 是 不 存在 洛希 极限 的

当然 这是 对于 理想 刚体 而言

地球 的 情况 很 复杂 表面 的 大气层 就算 是 流体 了

流体 要 想 不 被 撕裂 密度 需要 达到 木星 的 15 倍 左右

所以 大气 被 木星 吸走 还是 很 轻松 的

不管怎么 说 反正 现在 的 问题 就是 离 木星 太近 了

地球 几近 灭亡

而且 随着 木星 引力 增大 部分 喷射器 遭到 破坏

怎么办 呢 ?

就 在 最后 关头 人类 想出 了 一个 解决办法

那 就是 把 木星 点燃

让 木星 爆炸 的 冲击波 推 走 地球

那好 咱们 的 最后 一个 知识点

木星 能 不能 点燃 呢 ?

这个 理论 上 是 不行 的

木星 90% 是 氢气 这 没错

但是 那 10% 几乎 都 是 氦 没有 氧气

就算 是 把 地球 全部 氧气 都 吸过去 也 没法 整体 爆炸

为啥 呢

因为 氢气 的 点燃 极限 浓度 是 4%-75%

就是说 氢气 在 空气 中 的 浓度 要是 低于 4% 或者 高于 75%

你 点 都 点不着

只有 在 这个 浓度 区间 范围 内才 有 可能 点着

而且 这 只是 点燃 如果 你 想要 爆炸

氢气 的 爆炸 极限 浓度 是 17%-56%

在 这个 区间 才 可能 发生爆炸

所以 就算 是 把 全 地球 的 大气 都 给 木星 也 无法 把 木星 氢气 的 浓度 降低 到 56% 以下

局部 爆炸 是 可能 的 整体 爆炸 做 不到

但是 小说 嘛 人类 最终 还是 成功 了

木星 爆炸 成功 把 地球 推走 了

电影 当中 的 故事 就 讲 到 这里

所以 我 觉得 整体 上 看 还是 很 过瘾 的

大家 也 没 必要 太过 较真儿

知道 咋 回事儿 就行了

最后 给 大家 推荐 《 流浪 地球 》 的 原著

小说 当中 还有 更 多 对于 人性 的 思考

我 觉得 大 刘 厉害 就 厉害 在 这 了

他 的 科幻 不仅 比较 硬 还有 软 的 东西

就是 能 带给 你 很多 思考 这个 不 容易

那好 今天 就 介绍 到 这 最后 给 自己 打个 广告

如果 大家 喜欢 我 或者 感觉 还 行 不是 那么 烦人

欢迎 大家 来 B 站 、 今日 头条 、 网易 、 微信 公众 平台 来 找 我

每周 一三五 咱们 不见不散

我 是 妈咪 叔 一个 较真儿 的 理工 男

下期 见 拜拜


引力 弹弓 和 洛希 极限 是 啥 ?木星 可以 点燃 吗 ?《流浪 地球 》中 的 物理学 Was ist die Gravitationsschleuder und das Losch-Limit? Kann der Jupiter in Brand gesetzt werden? Physik in der wandernden Erde What are the gravitational slingshot and the Roche limit? Can Jupiter ignite? Physics in "Wandering Earth Qu'est-ce que la fronde gravitationnelle et la limite de Losch ? Peut-on mettre le feu à Jupiter ? La physique dans la Terre errante 重力パチンコとロッホリミットとは?木星は発火するのか?さまよえる地球」に見る物理学 O que é a fisga gravitacional e o limite de Losch? Júpiter pode ser incendiado? Física na Terra errante Что такое гравитационная рогатка и предел Лоша? Можно ли поджечь Юпитер? Физика на блуждающей Земле Vad är den gravitationella slungan och Losch-gränsen? Kan Jupiter sättas i brand? Fysik i den vandrande jorden Súng cao su hấp dẫn và giới hạn Roche là gì? Sao Mộc có thể bị đốt cháy không? Vật lý trong "Trái đất lang thang"

妈咪 说 知识 就是 力量 大家 好 我 是 妈咪 叔

咱们 新 的 一年 算是 第二季 正式 开播 了

前两天 问 大家 都 对 什么 感兴趣

我 看 大部分 人 给 我 留言 都 在 说 《 流浪 地球 》

实不相瞒 我 昨天 刚看 的 电影

很早 的 时候 倒 是 看过 大 刘 的 原著

所以 咱们 今天 就 来 聊 一聊

就是 你们 的 问题 《 流浪 地球 》 当中 有 哪些 科学 和 不 科学 的 地方

我 跟 你 说 这 就是 理工 男 的 臭 毛病

你 说 你 本来 生活 当中 就 没有 什么 乐趣

好不容易 别人 给 你 写 了 一个 硬 科幻 哎呀 喜欢 的 不得了

然后 很多 理工 男非 要 挑 bug 亲手 毁 了 自己 喜欢 的 东西

他们 把 这个 叫 乐趣 活该 单身 是 吧

来 吧 开始

我先 来说 一下 整个 故事 技术 上 的 主线

这 不算 剧透 没关系 大家 随便 听

因为 这个 电影 主要 看 特效 是 吧

说 故事 发生 在 未来 的 某 一年

太阳 急剧 老化 要 不行 了

你 看 这个 设定 就 比较 推陈出新

我们 一般 看 科幻 都 是 地球 不行 了

因为 按照 现在 的 预测 太阳 寿命 还有 50 亿年

而 地球 的 寿命 还是 未知数 变数 太多 了

不过 大概 在 5 到 10 亿年 之后 随着 地表 温度 升高

无机 碳 加速 循环 二氧化碳 的 含量 会 大大的 降低

二氧化碳 降低 了 大部分 植物 就 活不了 了

无法 光合作用 嘛

这样一来 氧气 就 会 大大减少

氧气 一 减少 动物 就 会 濒临灭绝

所以 在 以往 我们 看到 的 科幻 当中 都 是 地球 出现 问题 了

我 想 地球 怎么办

现在 《 流浪 地球 》 的 设定 就是 太阳 的 毁灭 提前 到来 了

人类 怎么办 ?

答案 只有 一个 逃

可是 怎么 逃

说建 一个 能 把 全人类 装进去 的 宇宙飞船

可是 这 不是 长久之计 啊

首先 我 还 没 发现 除了 地球 之外 的 可能 供 人类 生存 的 星球

所以 飞船 往 哪飞 啊 ?

其次 这么 多人 食物 和 能源 怎么办 啊 ?

于是 人们 想出 了 这样 一个 办法

我 带 着 地球 一起 逃

说白了 给 地球 换 一个 太阳 也 就是 恒星

那 最近 的 恒星 是 哪 一颗 啊 ?

比邻星 4.22 光年

这 就是 在 这个 设定 下 全人类 的 目标

妥 了 那 就 带 着 地球 一起 逃 吧

设想 一下 我 给 地球 装 上 喷射器 来 提供 动力 让 地球 飞走

那 第一个 问题 就 来 了

咱们 先 不 考虑 喷射器 需要 提供 多大 的 动力

喷射器 是 用来 干嘛 的 ?

他 是 用来 克服 太阳 的 引力 的

可是 地球 有 自转 啊 我往 那个 方向 喷 呢 ?

所以 在 原著 当中 流浪 地球 计划 分为 了 若干个 步骤

第一步 就是 首先 让 地球 停止 自转 我 好找 个 方向 喷

其实 也 不是 完全 停止 是 和 太阳 达到 潮汐 锁定

就 像是 月 亮相 对于 地球 一样

说 为什么 月亮 的 背面 总是 看 不 着 啊 ?

因为 潮汐 锁定 咱们 讲过 对 吧 ?

那 怎么 停 呢 ?

我 就 在 赤道 上 沿着 自转 的 反 方向 安装 若干个 喷射器

你 不是 想 转嘛

我用 喷射器 拖缓 你 的 自转

直到 达到 和 太阳 潮汐 锁定

这个 过程 预计 50 年

在 电影 当中 这步 已经 实施 过 了

注意 哦 这是 停止 自转 和 公转 没关系

你 说 我 把 公转 也 停 了 那 地球 不 就 坠 向 太阳 了 嘛

绕 着 太阳 的 公转 该 怎么 转 还 怎么 转

就是 让 太阳 对 地球 的 引力 来 充当 向心力 做 公转

好 这回 我 可以 安装 把 地球 推走 的 喷射器 了

向 那个 方向 喷 ? 这 就 有 学问 了

乍一看 我 想 远离 太阳 肯定 是 向着 太阳 喷 啊

然后 让 反作用力 把 地球 推 走 不行

这个 时候 咱们 就 得 考虑 能源 问题 了

就是 向着 太阳 喷 浪费 能源

而且 实际 当中 也 没人 这么 干

有 同学 说 实际 当中 还有 这个 问题 吗 ?

有 啊 这 就是 卫星 的 变轨 问题

比如说 地球 现在 有 一个 卫星

我 想 把 卫星 从 低 轨变 到 高轨 怎么办 呢 ?

没有 说 向着 地球 喷射 的

都 是 沿着 运动 方向向 后 喷

而且 对于 卫星 的 变轨 也 不用 一直 提供 动力

一般 就是 两次 就 搞定 了 低轨 一次 高轨 一次

这 叫做 霍曼 转移 这样 节省能源

所以 地球 也 一样

要 沿着 地球 的 公转 方向向 后 喷

就是 我 让 你 的 公转 线速度 变 大

这样 离心力 就 变大 了 啊 离 太阳 就 越来越 远

就 相当于 从 低 轨变 高轨

然后 有 同学 在 这 就 开始 较真儿 了

说 我 计算 了 穷尽 全 地球 的 所有 海水 做 聚变 燃料 也 推 不 走 地球

其实 对于 这 一点 疑问 在 《 流浪 地球 》 当中 还有 另外 一个 设定

就是 假设 人类 已经 掌握 了 重 核聚变 的 技术

你 看 电影 里 救援队 为了 救 喷射器 用 的 火石 作 原料

火石 是 啥 ? 就是 某种 重元素

理论 上重 核聚变 能量 确实 很 高

但 这 就是 设定 没 必要 在 这 上面 较真儿

因为 现在 氢核 的 可控 聚变 人类 还 没 掌握 呢

而且 重核 都 会 倾向 裂变

就是 重 变轻 原子弹 就是 这么 造 的 嘛

但是 重 核能 不能 聚变 呢 ? 未来 谁 也 不 知道 啊

这 不是 什么 大 毛病 咱们 就 假设 能源 不是 问题

于是 人类 靠 着重 核聚变 把 地球 推到 了 比邻星

故事 完美 结束 ( 了 吗 ?)

当然 这是 开玩笑 的

如果 就 这么 结束 了 那 就 不是 大 刘 了

一场 声势浩大 的 全人类 迁徙 必须 得 有 个 灾难 啊

要不然 就 没什么 看头 了

所以 对于 能源 的 设定 上 就 很 巧妙

即便 人类 掌握 了 重 核聚变 技术

然后 一直 使用 节省能源 的 霍曼 转移 轨道 方法

地球 的 能源 也 无法 将 地球 推出 太阳系

而且 这种 办法 时间 太 长

那 怎么办 呢 ?

于是 下 一个 任务 就是 要 利用 木星 的 引力 弹弓 效应 来 加速

什么 是 引力 弹弓 效应 呢 ?

其实 它 和 弹性 碰撞 十分 类似

不同 的 是 弹性 碰撞 是 通过 碰撞 来 传递 动量 和 能量

而 引力 弹弓 是 通过 引力

假如 说 有 一个 弹性 碰撞 问题

这是 一个 大球 这是 一个 小球

小球 的 质量 可以 小到 忽略不计

然后 它 俩 迎面 运动 都 有 速度

问 碰撞 之后 小球 的 速度 是 多少

中学物理 当中 这种 题 不 陌生 吧

两个 方程 能量守恒 动量 守恒 一 联立

很快 你 就 能求 出 v1'、v2'

在 小球 质量 忽略不计 的 情况 下 你 会 发现

碰撞 之后 大球 的 速度 约等于 原来 的 速度

这 很 好 理解 人家 个 大 嘛 撞 一下 什么 影响 都 没有

但是 你 发现 小球 的 速度 变 了

变成 了 原来 的 速度 首先 反向

再 加上 两倍 的 大球 的 速度

你 看 对于 人家 可以 忽略不计

到 了 小球 这 增加 了 两倍 的 大球 速度

这个 问题 我们 把 碰撞 换成 引力 就是 引力 弹弓 效应

比如说 这是 木星 正在 向 我 飞来

然后 理想 状态 下 我们 让 地球 面向 着 木星

不能 正对着 啊 正对着 就 撞 上 了

要 保持 一定 距离 然后 让 木星 的 引力 把 地球 甩 过来

甩 过来 之后 的 速度 就是 原来 地球 的 速度 再 加上 两倍 木星 速度

就 像是 弹弓 一样 所以 叫做 引力 弹弓 加速

这多 好 啊 节省 多少 能源

我 给 大家 一个 模拟 引力 的 网页

这个 网页 物理 引擎 做 的 还是 不错 的

你们 可以 建 两个 小球 体会 一下

引力 弹弓 效应 对于 发射卫星 而言 帮助 太大 了

就 现在 的 技术 来说 想要 发射 远距离 卫星 续航 仍然 是 问题

所以 很多 时候 人们 就是 借助 引力 弹弓 来 给 卫星 提供 动力 的

最早 的 实现 可以 追溯到 1959 年 苏联 的 月球 3 号

就是 通过 引力 弹弓 飞 到 月球 背面 去 拍 了 一张 照片

到 了 1974 年 水手 10 号 就是 第一艘 水星 探测器

当时 它 就是 借助 金星 来 加速 的

之后 的 旅行者 1 号 、 伽利略 号 等等 都 使用 过 这个 办法

不过 话说回来 你 发现 这个 办法 适用 于 卫星

因为 卫星 对于 行星 来说 质量 可以 忽略不计

所以 能够 达到 最 理想 的 加速

但是 你 真想 让 地球 通过 木星 来 实现 引力 弹弓 加速 就 不 那么 容易 了

木星 的 质量 大概 是 地球 的 300 多倍

这种 量级 就 不能 忽略不计 了

首先 肯定 得 对 木星 的 原有 轨道 产生 干扰

然后 也 达 不到 理想 的 两倍 木星 速度 的 加速

不过 没关系 反正 太阳 都 要 没 了

我 还 管 你 木星 怎么着 了

走 着 于是 奔 着 木星 就 去 了

下 一个 问题 就 出现 了

说 地球 离 木星 太近 了

马上 就要 突破 一个 叫做 洛希 极限 的 位置

地球 面临 着 即将 被 撕裂 的 末日

啥 是 洛希 极限 呢 ?

这 就是 十九世纪 法国 数学家 天文学家 爱德华 · 洛希 计算 的 一个 结果

其实 理解 起来 超级 简单

我们 都 知道 两个 天体 之间 是 存在 万有引力 的

为了 化简 问题 一般 我们 处理 问题 的 时候 都 是 把 天体 当场 质点

就是 你 只要 知道 天体 质量 和 质心 距离 万有引力 大小 我 就 知道 了

可是 实际 情况 是 天体 不是 质点 啊

比如说 这是 木星 这是 地球

木星 对 地球 的 引力 实际上 是 不 均匀 的

你 看离 木星 近 的 一端 由于 距离 更近 所以 引力 就 更 大 一些

离 木星 远 的 一端 引力 就 更 小 一些

导致 地球 的 两侧 受力 其实 是 不 一样 的

咱们 之前 也 说 过

这种 引力 差 作用 在 某 一点 上 带来 的 效应 是 什么 啊 ?

潮汐 力

为什么 海水 要 涨潮 啊 ?

因为 引力 差 带来 的 潮汐 力

首先 我们 可以 肯定 潮汐 力 肯定 和 天体 距离 有关 了

也 就是 两个 天体 离得 越近 潮汐 力 就 会 越 大

那能 不能 说 达到 某个 位置

较 小 的 天体 受不了 这种 引力 差 了

前边 的 引力 太大 了 就 把 这个 天体 给 撕碎 了 呢 ?

能 这个 位置 就是 所谓 的 洛希 极限

被 撕碎 的 天体 就 变成 了 行星 环

所以 洛希 也 是 最早 解释 行星 环 成因 的 人

当然 洛希 极限 不仅 和 距离 有关

还 得 和 这个 天体 好不好 撕 有关

也 就是 和 天体 的 密度 有关

而且 对于 流体 和 刚体 的 洛希 极限 也 不同

因为 流体 好 撕碎 啊 刚体 不好 撕碎

其实 洛希 极限 我们 每个 人 都 见到 过

举个 例子 比如说 你 脑补 这样 一个 画面

假设 在 太空 中 无 重力 的 情况 下 有 这么 一大 坨 水

这些 水会 是 什么 形状 呢 ?

应该 是 个 球体 对 吧 ? 大 水球

现在 假设 这个 水球 逐渐 靠近 地球

直到 坠落 到 地面 之前

在 不 考虑 空气 的 影响 的 情况 下

它 能 一直 保持 一个 水球 的 形状 吗 ?

显然 不能 可能 是 一滩 可能 变成 雨滴 等等

这 就是 因为 突破 了 水球 的 洛希 极限 然后 被 撕碎 了 呀

明白 了 吧

但是 其实 《 流浪 地球 》 在 这里 有 一个 问题

刚才 咱们 说 洛希 极限 和 距离 还有 两 天体 的 密度 有关

这是 公式 推导 出来 的

你 要是 通过 计算 就 会 发现

在 两个 天体 都 是 理想 刚体 的 情况 下

如果 较 小 天体 的 密度 是 较大 天体 密度 的 两倍 以上

这种 情况 下 计算出来 的 洛希 极限 在 大 天体 的 内部

为啥 在 内部 呢 ?

说白了 这个 小 天体 的 密度 要是 在 两倍 以上 它 就 永远 不会 被 撕裂

两个 天体 的 结局 只能 是 相撞

地球 平均 密度 是 5.514g/cm^3

木星 平均 密度 是 1.326g/cm^3

地球 密度 是 木星 密度 的 4 倍 多点

所以 理论 上 地球 和 木星 之间 是 不 存在 洛希 极限 的

当然 这是 对于 理想 刚体 而言

地球 的 情况 很 复杂 表面 的 大气层 就算 是 流体 了

流体 要 想 不 被 撕裂 密度 需要 达到 木星 的 15 倍 左右

所以 大气 被 木星 吸走 还是 很 轻松 的

不管怎么 说 反正 现在 的 问题 就是 离 木星 太近 了

地球 几近 灭亡

而且 随着 木星 引力 增大 部分 喷射器 遭到 破坏

怎么办 呢 ?

就 在 最后 关头 人类 想出 了 一个 解决办法

那 就是 把 木星 点燃

让 木星 爆炸 的 冲击波 推 走 地球

那好 咱们 的 最后 一个 知识点

木星 能 不能 点燃 呢 ?

这个 理论 上 是 不行 的

木星 90% 是 氢气 这 没错

但是 那 10% 几乎 都 是 氦 没有 氧气

就算 是 把 地球 全部 氧气 都 吸过去 也 没法 整体 爆炸

为啥 呢

因为 氢气 的 点燃 极限 浓度 是 4%-75%

就是说 氢气 在 空气 中 的 浓度 要是 低于 4% 或者 高于 75%

你 点 都 点不着

只有 在 这个 浓度 区间 范围 内才 有 可能 点着

而且 这 只是 点燃 如果 你 想要 爆炸

氢气 的 爆炸 极限 浓度 是 17%-56%

在 这个 区间 才 可能 发生爆炸

所以 就算 是 把 全 地球 的 大气 都 给 木星 也 无法 把 木星 氢气 的 浓度 降低 到 56% 以下

局部 爆炸 是 可能 的 整体 爆炸 做 不到

但是 小说 嘛 人类 最终 还是 成功 了

木星 爆炸 成功 把 地球 推走 了

电影 当中 的 故事 就 讲 到 这里

所以 我 觉得 整体 上 看 还是 很 过瘾 的

大家 也 没 必要 太过 较真儿

知道 咋 回事儿 就行了

最后 给 大家 推荐 《 流浪 地球 》 的 原著

小说 当中 还有 更 多 对于 人性 的 思考

我 觉得 大 刘 厉害 就 厉害 在 这 了

他 的 科幻 不仅 比较 硬 还有 软 的 东西

就是 能 带给 你 很多 思考 这个 不 容易

那好 今天 就 介绍 到 这 最后 给 自己 打个 广告

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