《流浪地球》劇照。
春節(jié)檔，電影《流浪地球》大熱。不少觀眾在看完電影后依然覺得摸不著頭腦，到底什么是“引力彈弓”？“重聚變發(fā)動(dòng)機(jī)”又是怎樣工作的？南京航空航天大學(xué)理學(xué)院副教授李晉斌應(yīng)邀為揚(yáng)子晚報(bào)做了專門解讀。 揚(yáng)子晚報(bào)/揚(yáng)眼記者 楊甜子
關(guān)于引力彈弓
“引力彈弓”是飛行器加速常用的方法
《流浪地球》電影中，地球逃逸太陽引力的重要段落里，“引力彈弓”扮演了舉足輕重的“角色”。李晉斌介紹，地球這個(gè)龐然大物，半徑6371公里。但劇中人類造出了同樣龐大的行星發(fā)動(dòng)機(jī)，足以在5年左右將地球推進(jìn)到逃逸太陽引力的最低速度，即16.7公里/秒。這個(gè)速度相當(dāng)于復(fù)興號(hào)列車速度的200倍。即便是如此高的速度，相對于星際距離來說還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，目的地比鄰星(半人馬座三星)距離地球4.3光年，如果按照逃逸速度航行，需要7.7萬年才能抵達(dá)，這實(shí)在是太漫長了！于是人類想到了借助木星的“引力彈弓”，令地球零消耗改變方向、提升速度，最后到達(dá)比鄰星。
李晉斌告訴揚(yáng)子晚報(bào)記者，“引力彈弓”是一種飛行器加速常用的方法，我們向地球以外的天體發(fā)射飛行器時(shí)，常會(huì)應(yīng)用到其他行星或天體做“引力彈弓”，以此來節(jié)省燃料、時(shí)間和計(jì)劃成本。比較經(jīng)典的可能是美國的“卡西尼”號(hào)探測器了，它于1997年10月15日從地球發(fā)射前往目的地——土星，但只帶了很少的燃料。它在1998年4月26日利用了金星的彈射，在1999年7月24日利用了金星的第二次彈射，又于1999年8月18日利用了地球的彈射，后于2000年12月30日利用了木星的彈射，最終于2004年7月1日抵達(dá)土星。
電影里的“引力彈弓”場景很可能實(shí)現(xiàn)不了
“比如一只乒乓球，當(dāng)它飛向一面靜止的球拍時(shí)，在忽略重力、空氣阻力、摩擦等因素的情況下，反彈速度是相同的。但如果這個(gè)球拍向著來球方向移動(dòng)，那這個(gè)球與拍相撞后反彈速度就會(huì)變快，這就是‘引力彈弓’效應(yīng)。”李晉斌說，其實(shí)“引力彈弓”也是科幻電影經(jīng)典橋段之一。例如《星際穿越》中，庫珀為使“巡邏者”號(hào)飛船到達(dá)米勒星球，這就需要降速c/3，他采用的方案是利用一顆中子星進(jìn)行引力彈弓減速。
值得注意的是，《流浪地球》中的引力彈弓場景很可能實(shí)現(xiàn)不了，電影忽視了一個(gè)非常重要的先決條件，木星和地球的質(zhì)量比值不夠大，大約320(不像乒乓球和球拍質(zhì)量差那么懸殊)。地球不可能利用木星的巨大引力實(shí)現(xiàn)引力彈弓的加速效果，地球一旦被木星引力捕獲，結(jié)果必然是地球和木星相互牽扯，兩者相互圍繞旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)半徑會(huì)越來越小，最后，地球和木星發(fā)生猛烈碰撞，形成一個(gè)新的星球。
《流浪地球》劇照。
關(guān)于重聚變發(fā)動(dòng)機(jī)
重聚變發(fā)動(dòng)機(jī)助攻“流浪地球”理論上有可能
在《流浪地球》里，還有一些引人注目的“大家伙”——高度達(dá)11千米，比珠穆朗瑪峰還高2.2千米的重聚變發(fā)動(dòng)機(jī)。每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)能提供150億噸的推力，而這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)在歐亞大陸和美洲大陸總共有一萬兩千臺(tái)，總共能提供150萬億噸的推力，如此大的動(dòng)力方可在5年左右將地球推進(jìn)到逃逸太陽引力的最低速度，即16.7公里/秒。
李晉斌解讀，重聚變，就是由重原子進(jìn)行的核聚變。“我們常聽說聚變的是輕核聚變即氫聚變反應(yīng)變?yōu)楹し懦鼍薮竽芰?，這也是太陽產(chǎn)生能量的主要方式。人類能做到的還只是利用氫原子進(jìn)行的不可控核聚變(氫彈)，但氦并不是核聚變的終點(diǎn)，氦可以繼續(xù)聚變生成碳，碳繼續(xù)聚變生成硅，即氦–4→碳–12→硅–28。硅當(dāng)然也不是核聚變的終點(diǎn)，大質(zhì)量恒星后期的聚變反應(yīng)就是“重聚變”。從“硅”開始大質(zhì)量恒星“重聚變”過程是：硅–28→硫–32 → 氬–36→鈣–40→鈦–44 → 鉻 –48 → 鐵–52(鐵–56)，核聚變走到鐵這一步，就不再釋放能量，而是吸收能量，所以重聚變最后產(chǎn)生的廢渣就是鐵。“重聚變”釋放出的能量，比氫彈爆炸釋放的能量要大很多很多。當(dāng)然重聚變需要的溫度也高得多、壓強(qiáng)也要大得多才能實(shí)現(xiàn)。
小說和電影中，利用巖石為主要燃料進(jìn)行核聚變就是這個(gè)過程。我們地球上巖石的主要成分是“硅”。正是有了重聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，才能讓“流浪地球”計(jì)劃成功，因?yàn)閹r石在地球上到處都是，提供了無窮無盡的燃料。至于如何實(shí)現(xiàn)可控“重聚變”，那就是科學(xué)家而非科幻小說家的任務(wù)。
特別關(guān)注
太陽變?yōu)榧t巨星？50億年后再說！
李晉斌特別補(bǔ)充，太陽變?yōu)榧t巨星只是《流浪地球》中的一個(gè)假設(shè)。現(xiàn)實(shí)中的太陽按照恒星正常的壽命，50億年之后才會(huì)變?yōu)榧t巨星。那時(shí)候人類大概已經(jīng)移民到其他恒星系星球。所以大家不必杞人憂天，還是應(yīng)該珍惜當(dāng)下。
