下面給大家介紹一下電影中的物理知識(shí)。

這部影片根據(jù)劉慈欣同名科幻小說(shuō)改編而來(lái)，講述了太陽(yáng)即將死亡，即將進(jìn)入紅巨星的膨脹階段，地球即將被膨脹的太陽(yáng)大氣所淹沒。在人類命運(yùn)即將面臨存亡的關(guān)頭，人類聯(lián)合政府做出了一項(xiàng)決定，將地球作為一個(gè)龐大的飛船駛離現(xiàn)有軌道，駛向距離我們最近、4.2光年的比鄰星。

從地球原有軌道到遙遠(yuǎn)的比鄰星，按照小說(shuō)而言，這是一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)2500年、需要100代人才能完成的恢弘計(jì)劃，它分為了五個(gè)階段：

人們把這五步分別稱為剎車時(shí)代、逃逸時(shí)代、流浪時(shí)代Ⅰ(加速)、流浪時(shí)代Ⅱ(減速)、新太陽(yáng)時(shí)代。整個(gè)移民過程將延續(xù)兩千五百年時(shí)間，一百代人。

按照電影所說(shuō)，每個(gè)行星發(fā)動(dòng)機(jī)通過重核聚變能夠產(chǎn)生150萬(wàn)億噸的推力（而現(xiàn)在的航天飛機(jī)的推力大約在2000萬(wàn)牛頓，也就是未來(lái)的推力大約是現(xiàn)在推力的100億倍）。

應(yīng)用到地球質(zhì)量上，產(chǎn)生的加速度是0.00000025 （或者2.5E-7）米/秒2。在赤道附近的轉(zhuǎn)動(dòng)速度大約就是每秒460米。對(duì)于一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，如果能夠持續(xù)不斷的產(chǎn)生反推力，那么也需要21857天（大約60年）的時(shí)間才能夠讓地球停止。

02

一旦地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將會(huì)發(fā)生什么？

如果地球一旦停止轉(zhuǎn)動(dòng)，那么地球上將會(huì)發(fā)生什么樣的變化呢？

最直接的一個(gè)效應(yīng)就是沒有了轉(zhuǎn)動(dòng)，目前地球上幾乎所有的大陸都會(huì)被海洋所淹沒，這一點(diǎn)的確在電影當(dāng)中有所提及，原因很簡(jiǎn)單。在地球轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，因?yàn)殡x心力的緣故，作為液態(tài)的海洋會(huì)朝向赤道附近聚集，所以一旦地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這些水會(huì)向兩極流動(dòng)，從而造成大陸被淹沒。

在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，同樣是因?yàn)殡x心力的作用，地球的赤道地殼會(huì)顯得更為突出一點(diǎn)，然而在沒有轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，那么赤道附近缺少離心力，所以很可能會(huì)導(dǎo)致板塊坍縮，從而引發(fā)一系列的全球地震或者海嘯。

因?yàn)闆]有了轉(zhuǎn)動(dòng)，地球?qū)?huì)有固定的一面朝向太陽(yáng)，另外一面而將一直處于黑夜當(dāng)中，就仿佛我們?cè)谀蠘O或者北極所經(jīng)歷的極晝或者極夜那樣。盡管有地球大氣的存在，但是遠(yuǎn)離太陽(yáng)的一面，還是會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期得不到太陽(yáng)的照射，從而溫度變得很低，不太適合生命的存在。

03

脫離木星引力的方法合理嗎？

整部電影所展現(xiàn)的一個(gè)主題就是如何擺脫木星的“剛性洛希極限“點(diǎn)。這其實(shí)就是“流浪地球計(jì)劃”的第三個(gè)“先流浪階段“。

其實(shí)在電影當(dāng)中，聯(lián)合政府本來(lái)想通過一種叫做引力彈弓(gravitational slingshot)的效應(yīng)，使用木星對(duì)地球進(jìn)行加速，沒想到部分行星發(fā)動(dòng)機(jī)失效，導(dǎo)致地球被木星吸引而逐漸進(jìn)入木星的剛體洛希極限，出現(xiàn)了電影當(dāng)中所呈現(xiàn)的災(zāi)難。

其實(shí)引力彈弓效應(yīng)在探測(cè)器飛行中被廣泛使用，通常被當(dāng)做一種節(jié)省能源的加速方式，旅行者一號(hào)就是利用木星和土星兩次引力加速，才得以逃出太陽(yáng)系。 

這個(gè)效應(yīng)的原理其實(shí)非常簡(jiǎn)單，因?yàn)樾行潜旧硪苍趪@太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以當(dāng)行星吸引探測(cè)器或者其它天體的同時(shí)，就實(shí)際上賦予了探測(cè)器或者其它天體一部分速度，當(dāng)探測(cè)器或者其它天體逃離出去的時(shí)候，就相當(dāng)于被加速了。

我們可以舉一個(gè)簡(jiǎn)單的類似例子來(lái)理解。如果我們站在靜止的地面上向運(yùn)動(dòng)的火車頂上扔一個(gè)網(wǎng)球，在網(wǎng)球被彈起來(lái)的時(shí)候，地面上靜止的人看到網(wǎng)球的速度，其實(shí)就是火車速度和網(wǎng)球原來(lái)速度的疊加。所以當(dāng)天體從某個(gè)行星周圍逃離的時(shí)候，其實(shí)就是本來(lái)的速度和天體速度的疊加。

接下來(lái)我們?cè)賮?lái)簡(jiǎn)單解釋一下電影中出現(xiàn)的另外一個(gè)燒腦名詞：剛體洛希極限。

簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是一個(gè)類似地球的巖質(zhì)天體被木星的潮汐力撕碎的極限半徑。因?yàn)榫嚯x木星很近，在靠近木星和遠(yuǎn)離木星的地球表面上會(huì)感受到不一樣的木星引力，我們把這種力的差別稱之為潮汐力。

我們可以想象一下，距離木星越來(lái)越近的情況下，這種潮汐力會(huì)變得越大。在靠近木星一定距離時(shí)，大到一定程度時(shí)，整個(gè)地球就會(huì)被撕裂，這個(gè)特殊的臨界距離被科學(xué)家們稱之為剛體洛希極限。

所以我們可以想象，一旦地球跨過了這個(gè)點(diǎn)之后，地球會(huì)被粉碎，地球上的人類肯定無(wú)一生存，流浪地球的計(jì)劃也將隨之破滅。而按照電影當(dāng)中所言，這也是為什么聯(lián)合政府看到地球即將跨過洛希極限點(diǎn)的時(shí)候，就已經(jīng)打算放棄地球，而保留了太空站，讓太空站成為人類文明生存的諾亞方舟。

接下來(lái)再讓我們看一下電影當(dāng)中讓地球擺脫木星引力的場(chǎng)景：在地球即將進(jìn)入木星的洛希極限點(diǎn)之前，地面上的救援隊(duì)試圖用所有行星發(fā)動(dòng)機(jī)的能量集中到其中一個(gè)，然后去噴射點(diǎn)燃木星的大紅斑，不過因?yàn)椴糠职l(fā)動(dòng)機(jī)沒有完全工作，所以總共7萬(wàn)公里的距離還差5000公里才能得以點(diǎn)燃。

在這涉及地球存亡的緊急關(guān)頭，吳京所扮演的宇航員劉培強(qiáng)駕駛著空間站在粒子流當(dāng)中爆炸，空間站攜帶的巨大能源彌補(bǔ)了行星發(fā)動(dòng)機(jī)的能量不足，最終木星大紅斑被成功點(diǎn)燃，產(chǎn)生劇烈的沖擊波，這股來(lái)自于木星的氣體巨浪將地球從木星周圍推走，避免了被木星引力撕碎的危險(xiǎn)。

木星大紅斑中的氫可能被點(diǎn)燃嗎？木星的氣體沖擊波真可能將地球推走嗎？

簡(jiǎn)單的答案就是這兩個(gè)情形都不太可能發(fā)生。如果要想讓大紅斑中的氫燃燒，需要地球有充分的氧氣混合。不是被木星吸積的地球大氣中包含有大量氧氣么？

但是需要知道，即使包含有氧氣的地球大氣在吸積到木星表面的時(shí)候，因?yàn)闀r(shí)間很很短，也不會(huì)和氫氣均勻混合，所以產(chǎn)生大規(guī)模燃燒的可能性非常小。假若可以燃燒發(fā)生爆炸，產(chǎn)生非常強(qiáng)的沖擊波，也不太可能對(duì)地球本身產(chǎn)生極大的影響。