国际学家怎样看国产最牛科幻片《漂泊地球》？

　　本年春节档，《漂泊地球2》回来了，扣人心弦的故工作节、酷炫的特效、硬核的科技范儿让许多影迷大喊过瘾。

　　那么，电影之外，整个漂泊地球的庞大布景和其间的科幻设定，让人充溢猎奇，太阳氦闪有多可怕？地球真的有必要漂泊吗？小说和电影中的叙述真的科学吗？国际学家怎样看？

　　2023年1月，混沌文理院第四期第五模块“物理与国际”在古城长沙开课。中国科学院国家地理台研讨员陈学雷教师在“文理夜话”中为同学们解析了本年春节档最火爆的电影之一：《漂泊地球》。

　　混沌文理院为混沌旗下文理教育品牌，本年现已第五年。咱们致力于约请国内闻名的教授、学者，为学员供给包含哲学与国际、生物与国际、艺术与美学、认知与体系、政治与法令、思维与文明等板块的专业文理教育。文理院五期正在招生。

　　首要我简略总结一下小说的内容，不触及里边的详细情节，首要讲其间的科幻设定。在小说里说到便是太阳敏捷变老，行将产生氦闪变成红巨星吞噬地球，人类为了应对这种状况，需求把地球装上发起机，决议飞往离地球最近的恒星比邻星。因为地球发起机改变了地球滚动状况，海啸横扫整个地球外表，依照刘慈欣的说法，地球上现已有2/3的人在海啸傍边死去，一起远离太阳和地球中止自转导致地球大部分区域极度冰冷，人类转入地下日子。

　　在地球加快、逃逸中，阅历极寒、极暑、穿越小行星带等危机，人类的日子、风俗、心思产生巨大改变。小说的首要情节便是关于通过这些改变今后，人类社会是怎样运转的。

　　之后咱们发现太阳一向没爆破，也没有变成红巨星，太阳如同粗看起来跟本来是基本上是相同，因为太阳改变不明显，人们开端广泛置疑太阳氦闪理论，发起暴乱，推翻政府，处死了科学家，决议推进地球归航。就在此刻，氦闪产生，小说到此完毕。

　　电影把大的条件和布景保存下来了，可是故工作节和小说里的彻底不相同，人物也彻底不同。

　　在《漂泊地球1》里，地球现已驶上了航程，在飞翔进程中部分发起机失灵，地球行将撞上木星，电影里的几个主人公穿越冰冻的地球外表，前往修正地球发起机，发起机尽管修正，因为推力不行，尚不足以推进地球脱节木星引力，此刻许多地球上的氧气被吸入富含氢气的木星，在没有任何方法的状况下，空间站上的航天员献身自己，引爆木星，爆破驱动地球飞离木星，这是电影第一部所叙述的故事。

　　下面转入科学部分的介绍，关于方才说到的几个科学问题。能够比照小说的设定，看看实在的国际里是什么姿态。

　　太阳会不会老化？究竟日子在太阳下，这是对人类来说一个至关重要的工作。首要看看太阳的全体结构。

　　太阳供给了地球上的许多能量，太阳的半径大约是70万公里，是地球的1109倍，质量差不多是2乘10的30次方千克，是地球的33万倍。均匀密度1.4克每立方厘米，比水略微重一些，水是1克每立方厘米。光度是3.854乘10的26次方瓦这样一个量级，外表的重力是地球的28倍。比较重要的是外表温度，太阳的外表温度是 5880K ，K是一个温度的单位叫开尔文，与摄氏度类似，简略的了解，摄氏度加上273 就等于开尔文。其间心的温度是1500万K ，所以太阳外表较凉 ，里边十分热。关于成分，太阳里边大部分是氢和氦，其他占比大约2%左右，这是太阳。

　　下面这张图显现了太阳的全体结构，用肉眼能够看到一个球，叫光球层，假如用开麦拉拍照，会看到外环一层赤色，叫色球层，咱们能看到的便是光球层和色球层。

　　别的有时分太阳外表有所谓的黑子，喷出来这种环状的叫日珥，太阳会迸发产生耀斑，在周围显成构成日冕等等。这些日冕便是周围像气体相同的包，在日食出现时能够看到，太阳里边的状况无法直接看到。

　　太阳中心的当地有一个球叫做核，产生核反响产生能量。在核之外有一圈叫做辐射层，这儿边基本上没有对流，彻底是靠辐射传热，再外面有一层叫对流层。

　　理论上推算是这样，那么咱们怎样知道这个理论是不是正确的呢？尽管不能直接看到太阳内部，但也有一些观测查验。通过一些比较，比方看到太阳外表有轰动，叫日震学，这些轰动能够反映太阳内部的结构；别的太阳中心核反响开释的中微子能够被探测到等，通过这些理论和试验的比较，人类对太阳的结构有较大掌握。

　　接下来讲到赫罗图 （Hertzsprung-Russell diagram），这两个是地理学家的姓名，赫罗图是只需在地理课里才会讲的一个内容。赫罗图乍看起来很杂乱，实践上了解它的结构后并不难明。咱们首要要了解它的轴，有横轴和纵轴。图底部的横轴和图上部的横轴是不同的，左面的纵轴和右边的纵轴也是不同的，那这些轴是什么意思呢 ？底部横轴标示了几个字母，OBAFGKM，这是恒星的类型。地理学家前期观测到了一些恒星今后，依据它们的性质进行分类，第一个看到叫A型，第二个看到叫B型，顺次类推，出来字母次第，后来研讨发现这些类型有必定的规则，但并不是按ABC这样的字母次第摆放，而应该是依照次第OBAFGKM摆放。为了记住这一堆字母 ，咱们编了一个标语 ，叫做Oh Be A Fine Girl，Kiss Me，有助于回忆。其实，这个次第反映了恒星质量由大到小。

　　上边的横轴能够看到写的20000、10000、6000、3000，这是恒星的外表温度，太阳外表大约挨近6000K，不同的恒星外表的温度不同，与咱们一般习气的从左向右递加不同，这条横轴是从右向左添加的。

　　左面的横轴标示的是肯定星等。星等是地理学家用来标志恒星亮度的东西，古时分古希腊的地理学家记载星星亮或许暗，彻底是靠肉眼，把最亮的星叫一等星，最暗的星叫五等星，以此类推。现在的丈量基本上坚持跟古希腊人共同，构成了星等，所以会发现，也正好是反着，越往上是越负的数，越往下是越正的数，往上代表星更亮一些，往下代表星更暗一些。肯定星等是假定一切星都在相同间隔时看到的星等，这样排除了间隔要素，反映了恒星自身的光度。

　　这张图是怎么构成的？在天空中看到这一颗星，把它的外表温度测出来，肯定星等或许说光度测出来，就点在这张图上。上图是个简化版别，图里给人的感觉如同是各个温度的星的数量都差不多。实践上并不是这样，假如实践丈量的话，散布在右下角的星（也便是质量小的星）十分多，左上角的星（质量大的星）比较少，可是假如画得太多了，鳞次栉比一团看不清楚，所以在恒星太多的当地基本上就只抽选了一些，终究画出来成为上图。

　　画完后会发现很有规则，首要沿着对角线方向，有长长的一条。在这个长条之外，左下角有一堆 星，然后右上角有两堆 。

　　所以，地理学家一开端并不知道其间的原因，可是依据现象做了一个研讨，这一堆长长的沿着对角线这一条，如同是一个序列，叫主序星。主序星按今日的理论去了解，便是核燃料足够正在正常进行核焚烧的恒星。还有巨星和超巨星，一开端咱们把更亮的这些星叫巨星，后来又发现了一些更加亮的，叫超巨星，主序星的数量远远多于这两种。

　　主序星寿数完毕的时分，就会转化成巨星和超巨星，这两者的数量就比主序星要少许多，这是因为主序星的寿数或许说是持续的时刻比较长，巨星的寿数比较短，所以一眼望去，主序星许多而巨星不太多。

　　星星比人类要走运，人到年岁大了就逝世了，星星逝世后没有彻底消失，在赫罗图上看便是从巨星会跑到下方构成那一堆特别暗星，这些特别暗的星叫白矮星。暗的这些星的温度也很高，暗的原因是因为星变小，这些星尽管温度外表温度很高，也在发光，可是因为面积很小，所以较暗。

　　这一页上面还有一张图，热辐射的温度和色彩有关，温度越低的越红，温度越高越蓝，这与日常有点不同，日常咱们把赤色叫暖色，蓝色叫冷色。看这些星的色彩不相同，有的是赤色，温度比较高的就变成蓝色，太阳大约是黄色，在G型星这个方位上，这是地理学里跟咱们今日要说的有关的一些中心内容 。

　　首要，太阳在不断开释能量，大约是3.8乘10的26次方瓦。其间向各个方向都有，地球收到的仅仅其间一小部分，大约10的17次方瓦左右，而当时人类用的能量大约是10的13次方瓦。

　　太阳的能量来历是4个氢原子核成聚变成一个氦原子核。氢原子核实践上便是一个质子，氦原子核里有两个质子、两个中子，这个反响开释能量。上图展现了进程，两个氢核首要聚变构成一种物质，一起开释一些光子和中微子，构成的东西是²H叫氘，是氢的一种同位素。两个氘核再反响，构成的核叫做氦-3 ，一起再开释出一个中子。相同另一边也构成一个氦-3，两个氦-3再反响产生一个氦-4再加上两个质子，，这样就构成了一系列反响链。这种反响链叫PP链，与此一起还有其它不同的反响链也能够导致氦-4的组成。总归，通过这样一系列反响，在每个反响傍边都会开释一些能量，供给终究的能量总和。

　　在这儿有个问题，任何东西终究都会耗光，核聚变的确能够开释很大的能量，但氢核也是有限的，持续进行一段时刻后就耗光了。核聚变需求很高的温度才干进行，太阳中心的温度最高，所以核聚变一开端只在中心的一个小层，便是方才说的太阳的中心里头。它产生的能量则以辐射的方式向外传达。

　　太阳里有许多物质，所以光子不会一会儿传出来，撞到外面的物质后，把外面的物质加热，然后这些物质再进一步往外辐射 ，这样一步一步往外出。一起光也有压强，这部分压强很重要，恒星内一切的东西都有一个压力和重力平衡的问题，靠里边的当地压强比较大，来反抗万有引力导致的物质往里落的趋势，所以高压也十分重要。因为聚变只需在温度高的当地才干进行，所以只在太阳中心的一小块当地有这种核反响。

　　通过一段时刻后，太阳从构成到终究通过120亿年中心里的氢终究耗尽。这个120亿年是核算出来的，不同质量的恒星，或许不同成分的恒星，都能够用不同的模型去核算。

　　终究的中心，核反响都聚完了今后只剩下灰烬，这个灰烬便是氦核，那时分核反响就完毕了，就像一个炉子，里边的煤烧完了，炉子就冷了。聚变完毕时中心变冷，辐射压下降，这时它在周围物质引力效果下就会往中心凝集缩短。通过一段时刻缩短，中心温度和压强升高，周围的温度和压强也相应上升，这样在围绕着氦核中心的圈球壳里，尽管本来不产生聚变反响，但现在也能够产生氢的聚变了。

　　这一壳层产生核聚变后，会导致产生的能量反而比一开端中心的一小块更多，产生的能量开释出来后，它外面这一圈外壳，它是一个不透明的东西，所以开释的能量并不能一会儿出去，许多的能量就进入外边的外壳，驱动它不断向外胀大。胀大后会变得十分大，但因为往外胀大变得很淡薄，所以终究温度反而下降了。温度下降后，它的辐射变成了赤色，叫做红巨星，也便是赫罗图上坐落主序星上方的那部分星。

　　那么这个外壳会胀大到多大 ？外壳终究能够胀大到一到两亿公里，前面说到现在太阳半径只需70万公里，所以一会儿胀大了100多倍，地球离太阳是1.5亿公里，假如胀大1-2亿公里，就能够把地球直接吞进去。能够幻想无论是地球仍是比地球更挨近太阳的金星、水星，终究都会被它吞噬。一旦吞到里边今后会产生什么？因为地球在太阳里还在转，可是太阳里有气领会产生阻力，地球的能量逐步损失，就会越来越往下掉，终究掉到太阳中心。

　　这会产生在什么时分？或许为了故事需求，小说里修改了科学规则。因为现在的猜测，太阳整个焚烧要持续120亿年，依据现在太阳系里的一些陨石，或许月球年纪的丈量，发现太阳系应该存在了大约46亿年，能够估测它应该还有70多亿年的时长。所以，咱们并不必太忧虑太阳变老的问题，假如拿一个白日做比方，太阳现在还没到正午，基本上相当于比较晚的上午，咱们茶歇的时刻。所以说太阳终究会老化，但并不是现在。

　　太阳在变成红巨星今后会，还能够产生进一步的核反响。国际傍边绝大多数物质便是氢和氦。那么氢悉数焚烧后，只需温度足够高，氦还能够持续产生聚变，构成更重的元素， 比方碳。

　　氢在中心氦核周围的这一壳层里反响，把燃料也烧光了，变成了氦，氦越聚越多，可是氢聚变中止后压强又减小了，所以又会缩短下压，导致太阳中心的温度变得越来越高，高到必定程度后到达氦的核聚变燃点，氦就烧起来了。

　　这就如同一种很难烧的燃料平常很难点着，忽然有一个很高的温度去点它，就着起来了。这个氦忽然产生的核聚变反响就叫做氦闪。氦闪时中心会一会儿开释许多的能量，可是这些能量并不是一下就能够看到，因为其外面仍是有一层不透明的外壳 ，许多的能量转化成驱动外壳进一步往外胀大，胀大得更大，这便是所谓氦闪 。因为这个进程比较杂乱，而氦闪又是一个很短时刻的进程，现在人们还不彻底确认氦闪时从外面到底会看到哪些现象。

　　在《漂泊地球》里也说到了氦闪，在这个科幻里的科学家以为几百年后太阳要产生氦闪，所以要驱动地球跑掉，实践上刘慈欣或许对相关内容的了解有误，他把太阳变成红巨星和氦闪当成同一件工作，其实并不彻底是这样，先有红巨星，然后通过一段时刻后构成氦闪，实践上是两个工作 。

　　依照这样的设定，就带来这样一个问题，是否有必要去漂泊，漂泊到哪儿去？其实依照方才的剖析并不太需求漂泊到太阳系之外。现在地球在太阳系内地点的方位叫做宜居区，宜居区是指它离太阳既不太远，也不太近，太近的话太热了，水会变成水蒸气，太远的话太冷，水会变成固态，构成冰，生命需求液态水，所以说对太阳系来说，地球、火星地点区域叫做宜居区，这儿的行星温度处在液态水能够存在的范围内。

　　但故事中说要移到别的一个当地去，选定的当地叫比邻星，比邻星实践上是一切恒星傍边离地球最近的一个。下面图中左面显现了银河系，其间心一片是银河系的核球，而太阳在外面的银盘里，这一条一条的是银河系的旋臂。中心的小图显现了太阳系的街坊，其间中心是太阳，周围有许多恒星，这儿边有一些是咱们平常比较了解的恒星。图内也显现了比邻星，包含比邻星地点的体系叫做半人马座α星，半人马座α比比邻星略微远一点。

　　比邻星跟太阳比较类似，比太阳质量略微小一点，比较暗，在地球上肉眼看不见。但半人马座α自身很亮，是一颗南天的亮星，到南半球能够看到闻名的南十字，像澳大利亚和新西兰，国旗上都画有南十字，在南十字下方很简单找到半人马座α。

　　比邻星还有整个半人马座α，是离地球最近的体系，所以常常出现在科幻片里，不仅仅《漂泊地球》里是这样，《三体》里的三体星系便是半人马座α。在《三体》里，三体人也便是半人马座α的人，跑到地球来侵犯，而在《漂泊地球》里是跑到半人马座α去。

　　这儿有个问题，电影里说漂泊地球要通过木星，可问题是去比邻星如同并不通过木星 ，为什么这么说？木星在太阳系内沿着一条轨迹移动，方位不固定，但木星轨迹和地球轨迹相同，都在同一平面上，这个平面叫黄道面，便是星图上绿的这条线。这张图上能够看到，蓝蓝的是银河的方向，比邻星也在银河里，大约的方位离绿线有一段间隔，并不通过那里，所以这儿会问，为什么去半人马座α要先通过木星，如同不在一个方向上，而应该是驶离黄道面。但其实，这儿的状况比较杂乱。

　　咱们下面在评论“漂泊地球是否真能完成”时会看到，因为漂泊地球的推力有限，它并不是一下直接飞向半人马座，而是逐步加快，并企图使用木星的引力弹弓效应改变方向。