《流浪地球》可行吗？是科学还是幻想？

　　中国首部大型科幻片《流浪地球》占据了春节档电影票房的主导地位。电影《流浪地球》官方微博宣布，春节假期总票房突破20亿。其以“硬科幻”的特点收获大量好评，“硬科幻”，即具有严谨科学底蕴、基于科学原理的科幻作品。当然，也有不少人对其中的科学知识产生思考，那影片中涉及到的哪些说法具有较强的科学基础，哪些说法现在也还只是幻想？

　　《流浪地球》讲述了太阳即将死亡，进入红巨星的膨胀阶段，地球会被膨胀的太阳大气所淹没。在人类命运面临存亡的关头，人类联合政府做出了一项决定，地球作为一个庞大的飞船驶离现有轨道，奔向距离它4.2光年的比邻星。

　　根据刘慈欣小说原著中的设定，人类的此次逃亡是一场分为五个阶段，时间跨度长达2500年才能完成的人类拯救计划。这五个阶段分别是刹车阶段：凭借赤道上的“行星发动机”的巨大推力，使地球停止自转；逃逸阶段：全功率开动行星发动机，使地球加速驶出太阳系；流浪阶段一：利用太阳和木星完成最后的加速，驶向人类选定的新家园“半人马座比邻星”；流浪阶段二：驶出太阳后，行星发动机全功率开启，利用500年时间将地球加速到光速的千分之五，然后滑行1300年，然后调转发动机，利用700年进行减速；新太阳时代：地球泊入比邻星轨道，成为比邻星的卫星。

　　关于引力弹弓

　　《流浪地球》电影中，故事背景是这样的：太阳急速老化，不断膨胀，太阳系已经不适合人类生存，于是人类为自己选了一个新的家园——比邻星（半人马座三星），比邻星同太阳一样，都是恒星，但质量只有太阳的八分之一，地球是个庞然大物，平均半径6371公里，质量超过59万亿亿吨，人类给地球安装上万座巨大的重元素聚变发动机，它们被称作行星发动机，足以在5年左右将地球推进到逃逸速度（脱离太阳引力的最低速度），但这个速度还远远不够。比邻星（半人马座三星）距离地球4.3光年，如果按照逃逸速度航行，需要7.7万年才能抵达，即使行星发动机继续加速，达到光速的百分之一仍然不可行。于是电影里让它借助木星的“引力弹弓”，令地球零消耗改变方向、提升速度，最后到达比邻星。

　　木星体积大约是地球的1300倍，上图中地球以速度V靠近木星，而木星在轨道上以速度U运行，当地球和木星足够靠近时，当地球靠近木星时，会被其强大的引力吸引，从而加快行进速度，然后像掷铁饼那样甩出去，那这时地球就获得了木星的轨道速度U，叠加上原有的速度V，速度增加到了U+V，从而达到脱离太阳系所需速度，却没有消耗任何燃料，那这个就叫做引力弹弓效应。

　　据南京航空航天大学理学院副教授李晋斌说，“引力弹弓”是一种飞行器加速常用的方法，我们向地球以外的天体发射飞行器时，常会应用到其他行星或天体做“引力弹弓”，以此来节省燃料、时间和计划成本，在人类的航天征程中，引力弹弓效应的应用已十分广泛。美国的“卡西尼”号探测器了，它于1997年10月15日从地球发射前往目的地——土星，但只带了很少的燃料。它在1998年4月26日利用了金星的弹射，在1999年7月24日利用了金星的第二次弹射，又于1999年8月18日利用了地球的弹射，后于2000年12月30日利用了木星的弹射，最终于2004年7月1日抵达土星。还有首个进入星际空间的人类探测器“旅行者1号”在飞离太阳系前，就曾多次借助引力弹弓效应；“帕克”太阳探测器也曾7次借助金星的“引力弹弓”而逐渐逼近太阳，最终成为史上最靠近太阳的航天器。

　　关于重元素聚变发动机（行星发动机）

　　高度达11千米，比珠穆朗玛峰还高2.2千米的重聚变发动机。每台发动机能提供150亿吨的推力，而这样的发动机在欧亚大陆和美洲大陆总共有一万两千台，总共能提供150万亿吨的推力，如此大的动力方可在5年左右将地球推进到逃逸太阳引力的最低速度，即16.7公里/秒。

　　重聚变，就是由重原子进行的核聚变，从“硅”开始大质量恒星“重聚变”过程是：硅–28→硫–32 → 氩–36→钙–40→钛–44 → 铬 –48 → 铁–52（铁–56），核聚变走到铁这一步，就不再释放能量，而是吸收能量，所以重聚变最后产生的废渣就是铁。“重聚变”释放出的能量，比氢弹爆炸释放的能量要大很多很多。当然重聚变需要的温度也高得多、压强也要大得多才能实现，我们地球上岩石的主要成分是“硅”。小说和电影中，利用岩石为主要燃料进行核聚变，正是有了重聚变发动机，才能让“流浪地球”计划成功，因为岩石在地球上到处都是，提供了无穷无尽的燃料。目前人类已经实现的聚变是氢弹，它利用氢同位素聚变释放出能量，有巨大的威力。但氢弹的能量是爆炸式释放，目前人类还不能实现可控核聚变，即让聚变产生的能量平稳输出，一些相关装置还处于实验阶段。

　　关于洛希极限

　　洛希极限（Roche limit）是天文学中的一个特殊的距离。当两个天体的距离少于洛希极限时，它们就倾向于被“潮汐力”撕碎，计算表明，地球和木星的距离如果低于10.3万公里，那么大气就会在潮汐力的作用下脱离地球；如果距离低于7.44万公里，那整个地球都会被撕碎，这个距离极限值是由法国天文学家洛希首先计算出的，因此称为洛希极限。

　　我们拿一个茶壶和茶杯举例子：我们在杯壁顶部倒一些水，让它在重力作用下向着杯底滑落。越靠近杯底，水滴会越拉越长，最后被拉扯到了撕裂的极限。这个极限就可以被认为是这个茶杯对水滴的“洛希极限”。木星的引力场，实际上就是这样一个“茶杯”。地球尺寸很大，当它靠近木星时，离木星较近一侧受到的引力，将比较远一侧大得多，因此会像水滴一样被逐渐撕裂。

　　在《流浪地球》电影中，当地球靠近木星时，人类突然遭遇了巨大危机：数千台行星发动机故障熄火了，全球地震，火山爆发，岩浆吞没了地下城……发生灾难的根源就是洛希极限。

　　我们最后探讨的问题是太阳何时变为红巨星？答案是至少50亿年后，太阳变为红巨星只是《流浪地球》中的一个假设。现实中的太阳按照恒星正常的寿命，50亿年之后才会变为红巨星。那时候人类大概已经移民到其他恒星系星球