【剧透慎入】《流浪地球》背后科学原理　中科协解释两大关键情节

中国科幻电影《流浪地球》大热，但所涉及的科学原理相当深奥，一般市民难以轻易理解。
中国科学技术协会日前就在官方微博上分享文章，深入浅出介绍其中两个关键情节背后的科学原理，包括人类是如何让整个地球离开太阳系，以及为何靠近木星时会发生大灾难，但偏偏要“明知山有虎偏虎山行”。

以下内容会严重剧透，慎入。

电影的故事背景是太阳正在急速老化及不断膨胀，太阳系不再适合人类居住，为此人类挑选最接近太阳系的恒星“比邻星（半人马座α星C）”作为新家园。人类不愿放弃地球，决意要带同一起“搬家”，但地球体积庞大，故人类就在地球上建设大量巨型的“行星引擎”，令地球能在5年内推进至可以脱离太阳系的最低速度“第三宇宙速度”。

比邻星与地球相距足足有4.3光年，如果只以最低速度飞行，需要7.7万年才能抵达，要加速至光速的1/100，则需要消耗极大量燃料。行星引擎所需的能量来自重元素核聚变，但质能转换效率相当低，仅仅是令地球达至“第三宇宙速度”就必须用掉7亿亿吨石头，相当于全地球地面挖掉40米；要达到光速的1/100，更必须用掉地壳一半的厚度。

难以用地球上的燃料飞行，人类就改用天文程度的“万有引力”，借助木星作为“引力弹弓”，令地球能在零消耗下改变方向及加速。

所谓“引力弹弓”，一般是发生在两个质量悬殊的天体之间，以地球和木星作例子，地球以速度V靠近木星，木星同时正在自身轨道中以速度U运转。两者足够靠近后，地球就会被木星的引力捕捉、牵引，转半周后像掷铁饼那样被“甩”出去。如此一来，地球就能获得木星的速度，变成U加V。

惟电影中当地球靠近木星时，人类突然遇到灭顶危机，数千部行星引擎停机、全地球大规模地震、火山爆发。文章解释，大灾难缘于“洛希极限（Roche limit），即一个天体对自身重力与第二个天体对它造成的潮汐力相等时两个天体的距离。两个天体的距离少于洛希极限时，质量较小的天体就会被质量较大的天体撕碎。地球与木星的距离少于10.3万公里，大气层就会脱离；少于7.44万公里就会被撕碎。故此，电影的高潮位在于人类要确保足够接近木星以借助“引力弹弓”，但同时又不能太接近以免被撕碎。

（科普中国）