一部《流浪地球》，

為國(guó)產(chǎn)科幻電

影拼出了希望，甚至被稱為中國(guó)科幻電影元年真正到來(lái)的標(biāo)志。該片主要涉及哪些重要的物理知識(shí)點(diǎn)？撇開(kāi)娛樂(lè)性，地球“流浪”的方案在科學(xué)的維度靠不靠譜？尤其是地球和木星碰撞危機(jī)的解除方式，是否符合科學(xué)邏輯？記者就此采訪了駐青高校的幾位物理學(xué)科教師。

青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院副教授、博士 孫彬

是目前看過(guò)的最好國(guó)產(chǎn)科幻片

“《流浪地球》是目前我看過(guò)的最好的國(guó)產(chǎn)科幻片，突破了以前對(duì)國(guó)產(chǎn)科幻片的理解。粗略一看，里面涉及的物理知識(shí)點(diǎn)很多，包括牛頓定律、核聚變等，都是從中學(xué)階段學(xué)過(guò)的，但一些名詞例如彈弓效應(yīng)、洛希極限等則是大學(xué)以后才會(huì)接觸到的。例如將地球推向木星，然后借助木星引力，將地球甩出太陽(yáng)系，就是借助彈弓效應(yīng)的原理。 ”孫彬說(shuō)，但是可以看到，出于劇情的需要，電影里會(huì)有很多不符合科學(xué)原理的地方。如天體之間靠彼此之間的萬(wàn)有引力達(dá)到目前的這種運(yùn)行方式，一旦改變一顆行星的運(yùn)行方式，勢(shì)必會(huì)影響其他行星的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道，且不必說(shuō)150萬(wàn)億噸級(jí)的推力是否能明顯改變地球的軌道，就算前面的都可以達(dá)到，地球在這么多年流浪過(guò)程中也會(huì)因?yàn)榕鲎哺鞣N小行星而引起人類毀滅。

“另一個(gè)問(wèn)題，木星大氣層中存在閃電，因此地球大氣層中的氧氣被吸引到木星一側(cè)時(shí)會(huì)隨時(shí)被耗盡，而不會(huì)積累下來(lái)，后面‘引爆’的方式就見(jiàn)仁見(jiàn)智了。 ”孫彬說(shuō)，況且木星和地球的體積比遠(yuǎn)大于電影中所描述的，因此地木相距7萬(wàn)公里時(shí)，很有可能已經(jīng)突破洛希極限，地球已經(jīng)被撕成碎片，主人公最后的犧牲就有點(diǎn)不值得了。

劇情

《流浪地球》的劇情并不復(fù)雜：在不遠(yuǎn)的將來(lái)，太陽(yáng)急速衰老膨脹，地球面臨被太陽(yáng)吞沒(méi)的滅頂之災(zāi)。為拯救地球，人類在地球表面建造了一萬(wàn)一千座行星發(fā)動(dòng)機(jī)，以逃離太陽(yáng)系尋找新的家園，地球和人類就此踏上預(yù)計(jì)長(zhǎng)達(dá)2500年的宇宙流浪之旅。在完成這一宏偉計(jì)劃的進(jìn)程中，無(wú)數(shù)人挺身而出，上演了可歌可泣的傳奇故事，九死一生的冒險(xiǎn)和對(duì)人性的終極考問(wèn)也同時(shí)上演。

青島理工大學(xué)理學(xué)院物理系講師、博士 初鵬程

在物理知識(shí)運(yùn)用的大方向上沒(méi)問(wèn)題

畢竟這是一部科幻電影，不是科學(xué)電影，因此不能完全從科學(xué)的角度來(lái)審視，但它在物理知識(shí)運(yùn)用的大方向上是沒(méi)問(wèn)題的。這部電影主要涉及了中學(xué)、大學(xué)本科、研究生三個(gè)階段的物理知識(shí)，中學(xué)階段涉及力學(xué)，比如引力、能量守恒、反沖及近代物理，比如太陽(yáng)所蘊(yùn)含的氫、氦、核聚變等；大學(xué)本科階段主要涉及理論力學(xué)知識(shí)，比如角動(dòng)量守恒等；研究生階段牽扯的知識(shí)較多，比如廣義相對(duì)論、天體物理基礎(chǔ)、原子核物理、核反應(yīng)、粒子物理等。這是一部涵蓋大量物理知識(shí)的科幻電影，且很多知識(shí)需要一定的科學(xué)素養(yǎng)才能解讀。編劇的處理方法比較得當(dāng)，凡是涉及較為高深的專業(yè)物理知識(shí)，都沒(méi)有太過(guò)深究，交代得比較順暢，有利于劇情發(fā)展。

1.地球流浪前就“生死未卜”

如果將這部電影帶入教室，作為物理課的討論題目，那么有幾點(diǎn)可以深入探討一下。該劇情起于“太陽(yáng)急速衰老膨脹，地球面臨被太陽(yáng)吞沒(méi)的滅頂之災(zāi)”。太陽(yáng)里含有大量的氫，并進(jìn)行著核聚變反應(yīng)，沒(méi)有氫就沒(méi)法進(jìn)行核聚變反應(yīng)，太陽(yáng)可能就會(huì)爆發(fā)，進(jìn)而塌陷。太陽(yáng)晚期，一旦其所含有的氫被耗盡了，就沒(méi)有辦法進(jìn)行核反應(yīng)，它向外釋放的壓力就比不過(guò)引力，這時(shí)太陽(yáng)便可能變成紅巨星?！读骼说厍颉匪堇[的是太陽(yáng)晚期趨于爆發(fā)的那個(gè)階段的地球遭遇，這個(gè)階段，太陽(yáng)內(nèi)部還在發(fā)生著核反應(yīng)，太陽(yáng)因此可能隨著它的反應(yīng)，體積逐漸膨脹，甚至?xí)蛎浀降厍虻能壍郎先?。一旦膨脹到地球的軌道上去，如果地球還在原來(lái)的那個(gè)位置，必然就會(huì)被太陽(yáng)吸收。但是這種假設(shè)不是特別合理，因?yàn)槿绻?yáng)繼續(xù)膨脹下去的話，地球有可能在太陽(yáng)還沒(méi)有碰觸到它的位置的時(shí)候，就已經(jīng)偏離了原來(lái)的軌道。當(dāng)然，具體會(huì)發(fā)生什么，也沒(méi)有辦法完全通過(guò)理論準(zhǔn)確預(yù)言，有可能地球因?yàn)槭芴?yáng)風(fēng)照射而質(zhì)量流失，進(jìn)而軌道外移；還有可能因?yàn)槌毕嗷プ饔帽惶?yáng)直接吞噬……不過(guò)有一點(diǎn)可以確定，一旦發(fā)生了這種情況，地球肯定會(huì)離開(kāi)它原來(lái)的位置，和太陽(yáng)及周圍星體之間的相對(duì)位置發(fā)生變化，地球的生態(tài)環(huán)境必然會(huì)發(fā)生巨大改變，而且是往對(duì)人類不利的方向上走的。

2.地球若停止自轉(zhuǎn)將面臨滅頂之災(zāi)

影片一開(kāi)始，地球自轉(zhuǎn)被人為停止，目的是減少地球逃離太陽(yáng)系時(shí)因自轉(zhuǎn)而消耗能量。其實(shí)，在逃離時(shí)地球根本不需要停止自轉(zhuǎn)，因?yàn)橥Ｖ棺赞D(zhuǎn)會(huì)引發(fā)海嘯、超低溫等災(zāi)難不說(shuō)，還可能會(huì)導(dǎo)致大氣層脫離，地球遭遇輻射災(zāi)難。此外，有了地球的自轉(zhuǎn)，才能夠保證地球在遷徙軌道上的運(yùn)轉(zhuǎn)是穩(wěn)定的。而且，停止地球自轉(zhuǎn)的能量是難以想象的，如果人類能夠掌握這種能量，那么早就可以全部移居外太空了，不必再讓地球流浪。

3.遷徙方案用到引力彈弓效應(yīng)

影片遷徙地球的方案涉及了“引力彈弓”效應(yīng)，通俗點(diǎn)講，就是借助木星的引力，改變地球的運(yùn)動(dòng)軌道和速度，形成“引力助推”的效果。這里還需有個(gè)前提假設(shè)，即在地球偏離軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)考慮其為堅(jiān)不可摧的物體，不會(huì)破裂。

我們有三大宇宙速度，第一宇宙速度，第二宇宙速度，還有第三宇宙速度，當(dāng)物體的飛行速度接近或超過(guò)第三宇宙速度的時(shí)候，就有機(jī)會(huì)脫離太陽(yáng)引力的束縛。在影片里，我們可以假設(shè)這樣一個(gè)場(chǎng)景，地球接近木星的時(shí)候，剛好擦著木星從背面繞過(guò)去，存在一定的角度，木星對(duì)地球有引力，以致地球原來(lái)的運(yùn)行軌道被偏轉(zhuǎn)，改變了運(yùn)行方向，借助這個(gè)力量，地球軌道發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)引力助推。這個(gè)效應(yīng)目前一般用在飛行器上，電影用在了地球上，充滿了浪漫主義的想象力。

4.最后危機(jī)可能來(lái)自洛希極限

影片最后，地球和木星相距越來(lái)越近，軌道顯示將會(huì)撞擊，當(dāng)雙方相距僅剩7萬(wàn)公里左右時(shí)，影片設(shè)計(jì)了通過(guò)點(diǎn)燃木星來(lái)推開(kāi)地球以防止相撞悲劇發(fā)生的情節(jié)。這里涉及一個(gè)物理知識(shí)——洛希極限（Roche limit），它是天文學(xué)中的一個(gè)特殊的距離。當(dāng)兩個(gè)天體的距離少于洛希極限時(shí)，它們就傾向于被“潮汐力”撕碎。通俗點(diǎn)講，對(duì)于兩個(gè)相處一定距離的天體，由于天體是球狀的，它們的不同部分與對(duì)方質(zhì)心的距離是不一樣的，所以受到對(duì)方的引力作用強(qiáng)度也是不同的，靠近對(duì)方質(zhì)心那部分所受的引力要比遠(yuǎn)離的那部分更強(qiáng)，這樣天體就會(huì)受到潮汐力的作用，從而被拉伸變形。當(dāng)兩個(gè)天體的質(zhì)量和強(qiáng)度存在差異并且距離足夠近時(shí)，質(zhì)量較小強(qiáng)度較弱的天體就會(huì)被另一個(gè)更大天體的潮汐力拉扯解體，成為環(huán)繞那個(gè)更大天體的光環(huán)，該極限距離就是洛希極限。

正是由于洛希極限的存在，地球在撞擊木星之前就很有可能已經(jīng)被撕成了碎片，并環(huán)繞木星飛行。