全球消息!为什么流浪,流浪到何方?

来源:科普中国

最近,一部电影和一部电视剧被大众津津乐道,它们是《流浪地球2》和《三体》。今天我们来聊聊这两部片子吧。氦闪是怎么回事?流浪地球需要哪些操作步骤?难度有多大?我们要去邻居家长住,而邻居家却说“我们这里住不得啊,我还想去你们家呢!”究竟谁更占理呢?氦闪

我们的太阳从分子云中诞生至今,已经46亿年了。在它的核心,无时无刻不在进行着核聚变反应。四个氢核(质子)合成一个氦核,释放出巨大的结合能。

这个能量就像热气球的那把火一样,稳稳地撑住了太阳的主体,阻止了太阳的收缩。但它又无法把太阳吹得更大,因为如果太阳膨胀的话,温度就会变低,氢核聚变就会减缓。


【资料图】

太阳就这样稳定地燃烧着,从诞生到现在,才刚损失了0.03%的质量。

图源:网络比起氢核来说,含两个质子和两个中子的氦核十分沉重,又无法被氢聚变的温度点燃,它作为核聚变废料无处可去,所以只能在太阳核心慢慢累积,形成一个密实的简并状态。

简并态物质非常古怪:在它的热压强突破简并压之前,温度的变化不会产生体积的变化。所以,当太阳核心的氢核枯竭的时候,太阳在引力的作用下向内收缩,这时,核心的氦就会经历一个奇特的过程:先是温度不够高,完全点不着氦,直到温度达到一亿度时,氦被点燃。但最初的氦聚变不能通过体积膨胀让聚变减速,而是让更多的氦核参与进来,形成一个热失控的核反应,一场失控的核爆炸。

这就是氦闪。在几秒的时间内,太阳核心的氦可以产生比平时高千亿倍的能量,顶得上整个银河系。

《流浪地球》的第一部和第二部都还没有拍到这个场面,不过原著中提到了。在冥王星轨道的距离上,它是一道眩目的闪光,造成了大家几秒钟的短暂失明,之后,太阳就急速膨胀成了一颗红巨星,吞没了内层行星的轨道。

体积暴胀的红巨星吞噬离它较近的轨道行星 图源:网络

其实,氦闪的能量爆发只是在太阳的核心,它产生的能量大部分会被太阳本身吸收,从外界是看不出来的。另外,氦闪应该发生在太阳沦为红巨星之后,而不是之前。

按照估算,太阳还可以继续平稳燃烧50亿年,不会像原著和电影里面那样很快出事的。不过,在这50亿年内,太阳会逐渐增大变亮,地球远在它变为红巨星之前就会蒸干海洋,不再宜居了。流浪地球

科幻嘛,我们要接受一些设定,所以太阳如果就是一门心思要氦闪,我们就必须启动流浪地球计划,赶在变成烤肉串之前尽快跑路。

整体来说,大刘在流浪地球中设定的步骤是很科学的:先让地球停止自转并赶走月球,再把地球沿着黄道面向外推出,并利用木星的引力弹弓作用飞离太阳系。地球停止自转是很有必要的,否则地球边转边逃,就像个放气的气球一样,团团打转飞不出去了。当然,如果把行星发动机布满地球,随着地球的自转轮流开机也是可以的,但那样的开销和系统管理风险就太大了。

大刘在原著中有个小bug,他说,地球停止自转之后,就再也没有了日出日落。这是不对的,其实应该是一年等于一天,地球每年日出一次、日落一次。

为什么要赶走月球呢?因为地球沿着黄道面往外飞,逃离时容易撞到月球。至少,带着一个拖后腿的小家伙跑,非常费时费力。

那么大家可能要问:为什么要沿着黄道面往外飞呢?假如从“俯视”太阳系的方向飞出去,不就省去很多麻烦了么?这是因为地球发动机能提供的动力还是太少了,需要借木星进行引力加速才能事半功倍。

《流浪地球》第一部,就是利用木星加速时出了点问题,差点坠入木星,就此展开了剧情。不过,原著中并没有这个问题,地球顺顺当当地从木星身边飞过去了。

有个问题:行星发动机真的可行吗?其实,不管让地球自转刹车还是把地球推出太阳系,都是个基本上不可能的任务。在地球的体量上,它并不是一个可以整体停转甚至推移的刚体,它的表面甚至都不允许有落差十几千米的高山。假如让地壳停转,地幔和地核都不会同意,软流层会立刻造反,产生褶皱和断裂,岩浆涌出地面,结果依然是全球大毁灭。

书中和剧中,让地球停止自转花了几十年,把地球推出太阳系也花了好几个公转周期,慢慢让地球偏心运行几次,使椭圆越来越椭,才终于启航出发的。虽然这样依然不够缓慢温柔,但大刘还是已经很照顾真实世界的感受了。比邻星

流浪地球的目标是南门二,也是《三体》里面的“三体”恒星原型。《流浪地球》中的南门二可以去,而《三体》里的三体生物却想逃离,究竟谁比较占理一些呢?我们来看看邻居家的情况吧。

南门二是一颗三合星系统,距离我们4.24~4.37光年。书中的三体人所居行星,被三颗恒星混乱而不可预测的运行抛来掷去,苦不堪言。

每次看到日落,都没有再次看到日出的把握,并且时刻生活在乱纪元的恐怖之中:有时,他们所居的行星会被甩到离三颗恒星极远的地方,文明在严寒中毁灭,或者三日凌空,大地被炙烤成焦土,甚至被三颗恒星的引力撕裂。

逃离这种朝不保夕的恐惧的唯一办法就是星际移民。终于有一天,他们收到了从地球发来的人类讯息,惊喜地发现原来宜居恒星就在身边,故事由此展开。

“三体”的混乱状态,从数学上的确如此。然而,如果几颗天体实力悬殊时,这个系统就不会那么乱了。

比如咱们太阳系,一颗太阳带着八颗大行星,就是个九体问题,但是在太阳的绝对领导下,小弟们之间的相处十分和谐美好,各个天体的位置都能相当可靠地预测出来。

实际上的南门二也是一个很稳定的系统。咱们以为的“三合星”可能是“远看一颗星,放大才能分辨出三颗”。

事实上的南门二,从地球上可以很容易分辨出两个光点,其中南门二A和南门二B挤在一起,看起来是一个光点,而比邻星和南门二A/B的目视距离则有2°,在这块天区上,可以并排摆放四个满月。

南门二A和B两颗恒星,各自的大小都和太阳差不多,但比邻星就小得多了,它只有0.12个太阳质量。

太阳与南门二的大小对比 图源:网络

所以,这个三合星系统实际上是两颗大恒星带着一颗小恒星运行:南门二A和B紧紧地贴在一起,以80年的周期互绕,而小不点儿比邻星则远远地围着A/B的共同质心,以大约50万年的周期转动。这个系统会长期稳定存在,根本不会出现“乱纪元”的现象。

因此,我们要加入拯救派,尽快告诉三体生物:主啊!你们已经被拯救了!你们的世界完全没问题!不要卖惨!不要觊觎我们的太阳系了!

关键词: 形成一个 三体生物

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