流离地球，其实有更好的体例

流离地球，其实有更好的体例

《流离地球》的故事梗概是：不久的未来，科学家们发现太阳急速衰朽膨胀，演化成为红巨星，并将招致地球扑灭。为了自救，人类启动一个名为“流离地球”的斗胆方案，即倾全球之力在地球一侧建造上万座策动机和转向策动机，将地球酿成一个浩荡的宇宙飞船，载着人类文明起头一个长达2500年的太空流离之旅，奔往离太阳系比来的另一颗恒星——半人马座的比邻星。

根据方案，人类试牟利用木星实现“引力弹弓”加速，却因木星的潮汐力突增，招致地球面对坠进木星的风险。在存亡存亡的时刻，位于地球和空间站上的人类联手展开自救，并胜利引燃木星大红斑中的氢，将地球推离木星，胜利离开险境。

影片中，太阳的衰朽和膨胀、万座挺拔进云的策动机、点燃木星等等科幻设定，实正让人感应荡气回肠、回味无限。特殊是在地球危难之际，是我们中国人挺身而出，征服种种困难险阻挽救地球的豪举，更是让我们产生一种勇于担任的民族骄傲感。

然而遗憾的是，那些重要的科幻设定却没什么科学合理性，假设有一天我们实的要带上地球往流离，我们仍是要操纵实正的科学，而不是仅行于浪漫而不实在际的妄想。

烧石头不可，烧水尝尝

影片中，为了应对此次浩荡的太阳系灾难，人类在地球的北半球建造了一万座重核聚变策动机和转向策动机，预备将地球推离本身的轨道。片子中最惹人瞩目的，就是那些重核聚变策动机：它们高达11千米，比珠峰朗玛峰还高2.2千米。每座策动机能供给150亿吨的推力，全球一万座策动机能供给150万亿吨的推力。

重核聚变策动机是什么?它们产生的动能能将地球推离本身的轨道吗?

那种能力浩荡的策动机，就是操纵岩石中的硅元素停止核聚变反响，获得高能高压的等离子流。说白了，策动机的燃料就是石头。理论上来说，石头确实能够当燃料，石头的次要成分是硅，在十分苛刻的前提下能够发作核聚变。

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但越重的原子核，停止聚变所需要的能量越大，聚变所产生的能量越小，例如，氢聚变所产生的能量是同样量量硅聚变所产生能量的30倍。并且重于碳的核聚变已经十分困难，只要大量量恒星演化晚期才气发作，而硅固然理论上能够产生聚变，但所需要的温度是30亿度!地球无法产生那样高的温度，况且其性价比太低，恐怕把地壳的硅全都用完了，也未必能抵达目标地。所以片子中的“重核聚变策动机”除了听起来很高峻上、很吓人外，在科学上并没有什么合理性。

其实，烧石头不可，烧水能够。海水中富含氘与氚，那才是核聚变的更佳燃料。它们都是氢原子核的重同位素。氘在海水中储量浩荡，据计算，海水中氘的总储量竟达几百亿吨，数量之大，可为人类供给上亿年的能源消费。并且，氘的提取办法简便，成本也较低，核聚变堆的运行也非常平安。有如斯优良高效的核聚变素材，我们何必舍易取难，要开发得失相当的以硅为原料的重核聚变呢?

当然，无论烧石头仍是烧水，都不成能在短时间内将地球推开。根据计算，片子中1万座策动机要继续不竭地工做1500多年，才气将地球加速到逃离太阳轨道的速度，那把原方案的一大半时间用掉了，那时候地球早就被太阳给扑灭了。

需另辟门路

那么，事实还有没有办法鞭策地球变轨，带上地球往流离呢?其实，还有比核聚变动先辈的体例：反物量策动机。

反粒子跟凡是所说的电子、量子比拟较，电量相等但电性相反;反物量是由反粒子构成的，好像通俗物量是由通俗粒子所构成的。例如一颗反量子和一颗反电子(正电子)能构成一个反氢原子，好像电子和量子构成一般物量的氢原子。

当正反物量相遇时，两边就会彼此湮灭抵消，两个粒子的量量几乎完全转化成能量，效率大大高于核裂变和核聚变。就所有物理反响而言，那是效率更高的燃料。我们能够比力一下每千克策动机燃料的效果，很抱负的化学反响能够产生1×107焦耳的能量，核裂变产生8×1013焦耳的能量，核聚变产生3×1014焦耳的能量，而反物量的湮灭能产生9×1016焦耳的能量，是氢氧化学反响的90亿倍、氢核聚变反响的300倍。一片阿司匹林那么大的反物量同物量湮灭产生的能量足以让一艘飞船巡弋数百光年，而航天飞机那么浩荡的燃料箱和推进器中的燃料完全能够用100毫克的反物量取代。并且“湮灭”效应是天然发作的，其实不需要像核聚变那样用难以想像的高温高压来“点火”。

在闻名的《星际迷航》系列片子中，“企业”号宇宙飞船可实现曲速飞翔、超光速抵达宇宙中任何一个处所，都仰仗于它的反物量动力系统。

操纵反物量策动机启动地球更具科学合理性。迄今为行，多国物理学家已在尝试室中造造出了正电子、反量子和反中子，甚至反氢原子。但反物量如今只能在尝试室中造造，且所需能量更多，因而只能在太空中觅觅。2006年发射升空的“反物量-物量与轻核天体物理学探测器”，在地球上空的在范艾伦辐射带(那是地球上空的一条高能辐射带，分表里两层，以美国物理学家詹姆斯·范艾伦定名)中发现了一个反量子带。2009年科学家又发现了一个惊人的现象：宇宙射线中反物量粒子数量过剩，那阐明我们宇宙中存在着反物量。能够想象，跟着人类科技的开展，操纵宇宙中的反物量来造造反物量策动机并非什么难事。

水下城比地下城更具可行性

在地球转向并远离太阳的过程中，地表温度急剧降低，冰封千里。人类为了出亡，在地表5000米以下处成立了上万个地下城市，在尔后抵达新恒星的2500年间，人类就不断要在地下城保存、繁衍、延续期看了。那么，那么一座深达5000米的地下城市可以保障人类2500年的保存繁衍吗?

资本轮回也是大问题。没有人能揣测人类需要在地下生活多久，因而地下城市必需是一个可继续的栖息地。那意味着，每个地下城市都需要成为一个独立的生态系统，资本到底若何反复轮回操纵是个问题。除此之外，地下情况怎么往适应，怎么处理空气畅通，怎么避免呈现心理疾病，等等，都具有很大的挑战性，需要人类群策群力往处理。

并且，在5000米那么深的地底下，高温高压问题也是难以处理的。地下5000米处温度高达150℃以上，不外，根据计算，本地球外表降到-80℃的冷冷时，地底温度也会随之降低，假设再与空中的冷冷空气产生一些对流，地下城连结适宜的温度仍是有可能做到的;但高压问题却无解，5000米深处的压强相当于1000个原则大气压，在那么深的地底，若何停止大规模的施工就是一个问题，更不要说几乎没有素材能顶得住如许浩荡的压强而支持起一个浩荡的地下城。

其实，海洋底下的水下城市比5000米深的地下城市更具可行性。在两个月内，海洋外表会冻结，但我们的海域需要再过1000年才气冻结。所以，住在水下更好，水的比热容很大，吸热或散热才能都很强，能连结温度的平衡。当然，1000年之后，人类若何避免海洋完全冻结，或者若何建造新的生活栖身区，那又要考研人类伶俐了。

并且，建造一个水下城市也比建造一个地下城市随便良多，海洋有很丰富的资本供我们当场取用，好比最重要的水资本(那时海水淡化手艺早已不在话下)、核能资本(海水中的氘是更佳的核聚变燃料之一)等等。事实上，水下城市已经不单单是我们天马行空的设法，跟着3D打印手艺、碳纳米管和纳米金刚石手艺的不竭开展和利用，一些科学家已经起头认实考虑那种可能性。

木星靠不住

在片子中，为了节约燃料，人类预备让地球向木星借力。地球若何向木星借力?那就涉及到天文学上的引力弹弓效应，那种效应基于动量守恒。当一艘宇宙飞船颠末一颗行星时，借用行星的公转速度，给飞船加速。如1997年10月发射的土星探测器“卡西尼号”，分开地球后先向太阳标的目的飞往，起首飞掠金星，操纵金星引力获得加速。之后，它绕太阳一圈，后再次飞掠金星，获得金星引力的第二次加速。接着又飞掠地球四周，被地球引力再次加速。在“卡西尼号”第二次分开地球后，又飞掠木星处，获得了木星引力的加速。那时，它的速度超越了每30千米/秒。然后，它才向目标地土星飞往。那很像是在飞快动弹的圆盘上滴上一滴水，水就会溅飞一样。

在《流离地球》中，地球也是借力木星。不外，根据计算，地球只能获得木星引力10千米/秒摆布的加速，那比拟于地球设定的最末1500千米/秒的航速微不敷道，不值得人类冒那么大风险。此外不说，木星有79颗卫星。同在黄道平面的地球想接近木星?绕开79个木星小弟就是个手艺活。

在影片的飞腾阶段，在地球靠近木星的过程中，木星突然呈现了“潮汐力增加”现象，眼看就要拉着地球落向木星。为了使地球离开木星的引力，救援队点燃了木星和地球大气的混合气体，产生了浩荡的冲击波，将地球推离了木星。

那一段是完全不靠谱的，因为木星吸收了地球上的氧气又不至于把地球吸走，其实是太难了。就算地球有部门氧气被木星掠走并在其部分构成了一个氢气和氧气的混合气体，在适宜的处所，混合气体引发了爆炸，仍是不可。因为如许的爆炸冲击波永久也不会抵达地球。爆炸只所以会产生冲击波，那是因为有大气的缘故。假设木星发作了氢氧燃烧和爆炸，冲击波也永久只会留在木星大气层里。2009年木星曾经遭受过彗星碰击事务，碰击之猛烈，能量之大，留下的疤痕和木星的大红斑一样大，和地球的曲径差不多。即便如许，停止全程监测的哈勃看远镜也没有看到任何冲击波可以逃逸木星，传布到宇宙空间。

并且，假设太空实的有空气，有冲击波，恐怕地球不是被推离木星，而是肝脑涂地了。因为地球不是实心的一块石头，更形象的比方是个鸡蛋。地球最外表是地壳，那些是由轻薄的岩石构成。内部大部门空间是液态物量，最中心是铁与镍的固体硬核。地壳十分的单薄。你在鸡蛋边上发了一个炸弹，试图用冲击波把鸡蛋炸得远远的，成果可能不是鸡蛋被炸远了，而是把鸡蛋当场炸得破坏。

还有新的构想

那么说来，片子中最超卓的飞腾部门——借力木星、点燃木星，在科学上是行欠亨的。那如何才气使地球在太空中流离呢?有一个更斗胆的办法——造造微型黑洞!我们都晓得，黑洞是由量量足够大的恒星在核聚变反响的燃料耗尽后，发作引力坍缩而构成。研究认为，不但单是大量量恒星，任何物量被压缩到极高密度的话，城市构成黑洞。例如，地球的半径大约为6378千米，假设把地球压缩为半径1厘米摆布的话，就会构成黑洞。最小的黑洞以至能够小到量子标准大小，在宇宙早期的高密度情况里，四处都充溢着那种量子标准的原初黑洞，被称为微型黑洞或量子黑洞。

目前，为了能在高能量子碰击中模仿宇宙大爆炸后万亿分之一秒内的能量和前提，欧洲核子研究中心历时14年，斥资80亿美圆，在瑞士建成了世界上更大的强子对碰机。它设想的用于轰击量子使其在发作碰击之前加速到7万亿电伏的能量，为人造微型黑洞的降生创造了前提。

在远远的将来，人类假设实想带上地球往流离，能够在地球之外恰当的处所造造一个或几个微型黑洞，靠微型黑洞的引力带着地球往流离。

起首，在间隔地球一个平安的处所，造造一个微型黑洞;然后，让它在太空中通过吞噬小天体渐渐长大，然后把它也酿成一个量量适宜的流离黑洞，拉拽着地球向前方进发。特殊是在进进充满彗星的太阳系边沿的柯伊伯带和奥尔特云时，流离黑洞还能够在前面吞噬沿途的小天体，为地球扫清一条障碍。

造造一个平安的小型黑洞，还有一个很大的益处，就是操纵黑洞为地球供给源源不竭的能源。已故的闻名物理学家霍金曾表达：“一个量量与一座山相当的黑洞，其释放X射线和γ射线的功率能够超越1000万兆瓦，足以赐与全球的电力所需。”

当然如许做也充满了风险和挑战，黑洞在行进过程中不竭吸食周边的物量，使本身越来越大，很快就会威胁到地球的平安，那时，人类要提早做好预备，拉远与黑洞的间隔，不然便会被黑洞吞噬。

地球流离，求助紧急重重

星际游览是科幻小说长盛不衰的题材，但常见的科幻设定根本都能够分为两类：一是通过近光速飞船来完成恒星间的迁移;二是操纵“虫洞”或者“空间折叠”来突破爱因斯坦的相对论限造，实现超越光速游览。《流离地球》则独辟门路，将地球整体做为飞船，但遗憾的是，不管我们若何设定或妄想，挪动地球都不具科学合理性。

比起宇宙飞船来，挪动地球在手艺上是件十分困难的事。即使手艺上可行，显著改动地球轨道有太多风险：天然生态彻底消逝，策动机带来的地壳不不变产生大量超大规模的地震、超等火山发作、海啸等猛烈的天然灾害，地球大气层和磁场遭到毁坏;而在整个太阳系中，一颗行星轨道的改动，将完全打乱几十亿年构成的大致不变动力学系统，小行星群轨道紊乱，地球遭遇构成早期那种紊乱。

而且本地球飞出日球层之后，宇宙射线便能间接轰击地球，整个地表将会遍及致命的高能辐射。地球的持久流离一定招致整个生态情况走向彻底扑灭，恐怕还没比及地球进进新的恒星系统，半途就可能遭遇扑灭。

别的，整个地球的生态系统几乎都以太阳光做为最根本的驱动源，一旦地球起头远离太阳，那个系统一定会急剧瓦解，更别说长达2000年的“流离时代”了。

看来带着地球往流离不成行，只要另想办法。2016年，欧洲南方天文台发现了一颗围绕比邻星公转的行星，而且该行星还位于比邻星的宜居带上。在宜居带，行星与恒星连结着最适宜的间隔，为生命的存在供给了相对适宜的前提。2018年，天文学家还在间隔地球16光年之处找到一颗被定名为“瓦肯”的行星。

事实上，比来几年，跟着高度精巧的天文看远镜不竭扫描宇宙，100光年之内的行星越来越多地被发现了。假设将来实有太阳系灾难，就像我们的人类祖先用小船在宽广的承平洋逐岛跃迁、用几万年时间占据了承平洋群岛一样，将来我们的后代也能够组织大量生态船构成的浩荡舰队，从一颗行星迁徙到另一颗行星——革新，扎根;再革新，再扎根……用几百万年甚或几万万年的时间，人类末将占据银河系，整个银河系末将涌现无数颠末人类革新的新家园。

届时我们操纵反物量为燃料的火箭，可以在宇宙中以光速的70%摆布飞翔。那意味着，借助那种新型物量发射火箭，人类前去离地球比来的4.3光年之外的半人马座约只需要6年时间，到16光年之外的瓦肯星也只要23年，即便飞行到1000光年之外的行星上，也只需1400多年。有了如斯先辈的反物量手艺，我们当然不需要低效的重核聚变了。

当然，科幻片不契合科学是再一般不外的工作，人家原来就是科幻片子，不是科学。