物理博士生看《流浪地球2》啥體驗

流浪地球: 物理博士生看《流浪地球2》啥體驗

2023-01-24 | 來源: 中科院物理所 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

新年好呀。要說今年大年初一有什麼值得慶祝的事，相信熱愛物理的你們會脫口而出——《流浪地球2》上映了。我剛剛從電影院出來，確實是一部不錯的科幻片。

這裡先給不了解故事背景的讀者講講設定。按照電影制作手記[1]和預告片所展示的故事線：早在1977年，就有天文學家根據太陽活動歷史記錄推測太陽核心聚變加速；2026年，爆發了超過G5等級的太陽風暴，國際開始重視氦閃危機，並逐漸形成乘坐飛船逃離的飛船派和帶著地球流浪的地球派；2030年，地球派方案被采納，開始建造推動地球的行星發動機；2039年，刹車時代，通過發動機停止地球自轉；2042年，逐月計劃啟動；2044年，太空電梯危機；2058年，月球墜落危機；2065年，地球停轉，推進發動機點火，進入加速時代；2075年，木星引力危機；2078年，太陽氦閃危機。

我們先從整個故事的動機，也就是太陽急速膨脹老化，即將氦閃說起。

1. 氦閃：太陽為什麼會老化？

我們的太陽正處於青壯年時期，天文上稱為主序星階段。它大約四分之三是氫，四分之一是氦，還含有少量的氧、碳、氖、鐵。太陽發光發熱的能量來源，主要是它裡頭的氫在發生聚變，每4個氫1（質子）會聚變成一個氦核，這被稱為質子-質子鏈反應。

太陽的內層高溫高壓，可以聚變生成氦，而外層環境不夠高溫高壓，氫無法聚變。由於太陽的質量較大，內層生成的氦會被引力困住而出不去，外層的氫又進不到內部。所以，當太陽內層的氫被耗盡，全部變成氦時，內層聚變產生的熱能就抵抗不了引力，從而坍縮。

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太陽的內外層 | 圖源：bilibili@吟游詩人基德

但這並不意味著太陽會縮小，因為坍縮後的內層會變得更熱，使外層的氫升溫並點燃聚變反應，這一下反而讓太陽膨脹上千倍，表面甚至可以達到金星軌道的位置。此時，太陽進入紅巨星階段。紅巨星一般會持續10億年。在紅巨星的末期，太陽內核溫度可高達一億度，足以點燃氦聚變成碳氧的核反應，這稱為氦閃。

所以，按目前的恒星理論，早在氦閃之前，太陽就會膨脹變成紅巨星，把地球上的生命烤熟。

按目前的理論估計，太陽能在主序星階段持續110億年，而今太陽才50億歲，大可不用擔心它會膨脹老化。

2. 行星發動機：重核聚變可行嗎？

為了推動地球，人們一共建造了一萬兩千台行星發動機，其中一萬台建在北半球用於推進，兩千台建在赤道附近用於轉向。這些發動機的高度超過一萬米，占地面積約1千平方公裡，非常巨大。