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1、流浪地球2的科学原理和相关知识L弹弓引力能否让地球“流浪？是能量守恒定律的应用在流浪地球系列故事中，地球通过引力弹弓实现逃离银河系的 情节让观众叹为观止，引力弹弓是吻合物理学原理的吗？引力弹弓主要是利用木星对地球的万有引力，在后者以合适的 角度靠近时，通过借用木星的动能大幅度提高地球相对于太阳流浪速度 的现象。通过类比花样滑冰运动，我们可以简单理解这一现象：当女运 动员滑向较重的男运动员时，男运动员顺势一甩就可以让她获得更高的 滑行速度，为后续动作做铺垫。这种类似“乾坤大挪移的现象是能量 守恒定律在太阳系中的完美应用，其结果是借用了木星绕太阳的一小部 分动能，补给了擦肩而过的地球，使其获得非常
2、可观的甩出太阳系的速 度。2 .什么是月球的洛希极限 ？天体被撕碎的距离在电影中，月亮受到了行星加速器的干扰即将撞向地球，洛希极 限”成为被角色反复播报的关键词，什么叫洛希极限？洛希极限”是由法国天文学家爰德华洛希提出。具体到月球的 洛希极限，是当月球失控撞上地球前，距离大约有几个地球半径时, 月球就会因为地球引力和离心力的作用被撕碎。众所周知，万有引力大小是与星体之间距离的平方成反比的。当月球这么大的天体离地球很近时，月球的远端与近端受力差别就会很大,再加上围绕地球公转的离心力也不同，就会导致月球被拉长。类似于地球上的潮汐作用，月球就会在这么巨大的潮汐力中被撕成破碎。现实中， 人类观测到过“
3、洛希极限下撕裂天体这样的天文现象，比如有些彗星 路过木星时，因距离太近，彗星会被撕裂成碎片撞向木星，非常壮观。3 .太阳真的会老化吞没地球吗？目前不会但几十亿年后可能发生在电影流浪地球2中，之所以要流浪，是因为太阳极速老化 迅速膨胀，即将在百年后吞没地球，人类才想到这种自救的方式。而在 现实世界中，太阳是否有老化可能？从目前来看，电影中所展示的太阳急速老化的现象，即氮闪大 概率不会发生。目前的太阳正处于壮年期,这一时期太阳主要靠氢聚变 成氨爆发出能量，同时在万有引力的作用下维持其正常发光发热的太阳 活动，这大约可以维持太阳几十亿年的健康状况。不过，电影所展示的氮闪在未来几十亿年后是有可能发生的
4、， 届时我们的太阳核心的大部分氢燃料所剩无几，随着温度不断升高开始 引爆以氨为燃料的聚变反应，因后者爆发的能量超出了太阳的万有引力 所能束缚的界限，从而导致太阳内部几秒钟内就发生急剧的氨聚变反应, 形成氮闪，同时太阳表面强力膨胀，已然可以吞没地球。4 .太空电梯可能实现吗？在人类未来研发计划中在流浪地球2中，利用太空电梯从地球链接到宇宙空间站，实现外太空和地球之间的物资运输。这有实现的可能吗?太空电梯在很多早期科幻书中都有提到，它的出现是为了改变目前以火箭运输的方式，而成为一种太空高速公路”的方式，这会大 大提高运输效率并降低成本。而太空电梯能否实现依赖于人类对高 强度且极其轻的材料的研究以及
5、相关技术的支撑，目前最有可能接近这 些要求的材料就是纳米材料，而且世界上已经有一些公司，包括我们国 家的一些研究机构将太空电梯设计列入自己的未来研发计划里。5 .核弹能炸碎月球？目前难以实现但是一种思路在流浪地球2里，为了防止月球撞上地球，飞行员把全世界的核 弹运送到月球上按着相控阵的形式布弹，导致月球的核聚变反应。这能 够实现吗？首先纠正，可能引发月球核聚变的不是原子弹，而是能量更大的氢 弹。要想引发月球核聚变是极其困难的，人类目前所有核弹能量加在一 起也远远不足以引爆整个月球核聚变。电影采用这种“相控阵”技术的 设计是提供了一种极其聪明的思路，它利用冲击波可以叠加的原理，通 过精密设计引爆
6、时间，将几千枚按同心圆排列的核弹分批次引爆，使得 它们的冲击波同步传到圆心形成最强的叠加效应，从而可能引发这一小 片区域的月球发生重核聚变，进而再引发更多部分的月球核聚变。虽然目前看起来也很难实现，但已经是一种很好的思路。硬核科幻给予人美好的愿景和普通观众一样，XX教授同样也喜欢看流浪地球2,同样关注着科幻故事中对人类未来的畅想。在采访的最后，他说：这些硬核的 科幻电影背后都蕴含着丰富的科学知识，虽然目前看起来有些还不能实 现，但科幻作品给人类描绘了未来美好生活的愿景，而重视以物理为首的基础科学的学习则是实现这一愿景的必要之路。xx物理学科作为全国仅有的几所双一流物理学科，有着丰富的历史积淀、
7、浓郁的学习氛围、卓越创新的发展理念，xx说：如果你既想仰望星空又会脚踏实地，那么欢迎来到xx报考和深造，把故事中的美好未来一一实现。6 .关于洛希极限，张朝阳指出在地月系统靠近的过程中，地球强大的引力作用会显著改变月球的几何形状，从而不能再把月球看作刚体球, 而应当讨论作为流体的月球和对应的洛希极限，月球实际解体的位置会 比刚体模型的情况更远。随后他通过角动量守恒定理和能量守恒定律， 化简了行星运动的轨道方程，并得到了方程的解。最后他讲解了引力弹 弓的物理原理，并讨论了通过引力弹弓来加速的条件。xx解析行星运动的物理规律，以及引力弹弓的物理本质。引力弹弓并非是科幻作品的想象，事实上发射于197
8、7年的旅行者1号和2号正是引力弹弓效应的受益者：原本计划中数十年的航行任务被加快到了十几 年。直到今天，兢兢业业工作45年的旅行者1号早已离开太阳系，带着 人类文明的概括和对广袤宇宙的希望和决心，行进在星际空间之中。也 许在未来，人类文明消失在地球上时，银河系之间仍然有着旅行者1号 作为一个光辉的文明曾经存在过的证明。XX利用守恒定律来求解天体运行的动力学方程，证明了其运行轨道总是圆锥曲线的形式，而且分析了不同轨道的特点和几何性质。他利用 一贯的物理直觉来处理物理问题，将可能的繁杂数学运算简化成我们熟 悉的角动量守恒和能量守恒中来，更是通过敏锐的观察来找到了轨道方 程的简洁表达。XX展示了引力弹弓背后的物理，在高度的抽象与物理原理之中，为 什么能用引力加速，什么情况可以加速这些受到关心的问题得到解答， 从复杂的问题背景进去，XX得到了一个优美的关系：双曲线轨道对称轴 与行星速度的夹角决定了引力弹弓实现加速过程还是减速过程，再一次 践行了其硬核计算的风格同物理之美的有机结合。引力弹弓真的能够带地球离开太阳系吗？人类能够通过核弹引发月球核聚变吗？太空电梯能否实现?