❶ 五分鍾科普:流浪地球會面臨那些問題
近期大熱的科幻電影《流浪地球》上映,講述了由於太陽突然衰亡,即將進入膨脹階段,即將將地球吞沒。為了保護人類文明,人類做出了驅動地球逃離太陽系的決定。影片中有許多未來科技和恢弘的特效場面引發網友熱議。本篇文章就來討論一下, 地球如果真的踏上旅途,會遭遇些什麼問題?
首先,這是一部科幻片,大可不用擔心太陽會突然衰亡。畢竟太陽出現距今大約50億年了,現在正值旺盛的「中年」時期。它的「燃燒」是由於太陽的氫轉變為氦(即3個氫核碰撞產生一個氦原子,釋放兩個質子)產生的能量。根據太陽目前所剩餘的氫的含量和氫的轉化速度,還可繼續「燃燒」 60多億年 。當氫轉化完以後,也不會立刻就熄滅,太陽會進入收縮階段,產生熱核反應(太陽溫度會升高,3個氦原子會聚合成一個碳原子),期間太陽會繼續在宇宙中散發熱量,這個過程大約也有幾十億年。 人類如果還能存活10億年,那時候的科技水平想必已經可以完成星際旅行了。也有足夠的時間去尋找下一顆宜居的星球啦。 當太陽壽命走向終結之際,它會先膨脹,其半徑足以將地球吞沒,然後再縮小變成矮星。
假設如電影里一般,太陽突然開始衰亡,電影里的時間是幾十年後,根據劇情推算大致在2075年,根據科技的發展速度,應該還無法大規模轉移人類。於是驅動地球流浪的我們可以設想幾個「流浪」過程中主要會遇到的幾個問題,畢竟按計劃,這趟流浪之旅要經歷2500年之久。
一:地球能否到達最近的恆星「比鄰星」?
二:地球停止自轉會發生什麼?
三:在沒有太陽的條件下,人類能否生存?
四:宇宙里的大行星有很多,光是太陽系就有九大行星。地球能否躲避過像木星這類行星的強大引力?
第一個問題,就是電影中提到的比鄰星。
比鄰星是距離(半人馬座三星)地球4.3光年的一顆小恆星,只比木星大一些。雖然它在宇宙中來看,就像是在自家後院一樣近,但按照逃逸速度(逃離太陽引力的最低速度)航行,也需要 7.7萬年 才能抵達。這實在是太漫長了。
於是,機智的人類想到了藉助木星的引力為自己加速。這一方法通常用於使航天器逃離木星軌道和其他星軌,去探測太陽系以外的宇宙。我們把木星看做是一個在圓形軌道上急速奔跑並且旋轉的人,當地球或航天器靠近的時候,他一把抓過地球,像投擲鐵餅一樣旋轉著將地球往外拋去,既增加了速度,又節約了燃料。這種現象稱之為 引力彈弓 。
而電影里使用的燃料,來自岩石產生的「 重元素聚變 」。這個現象也存在於很多大型恆星內部。但是「重元素聚變」的質能轉換效率是非常低的, 要逃出太陽系,需要燒掉地殼的一半 。於是從燃料問題和時間問題來考慮,「引力彈弓」計劃是勢在必行了啊。
第二個問題:如果地球停止自轉會發生什麼?
最明顯的問題就是,海水會由於慣性將陸地淹沒。由於地球是個球體,海水會向兩極匯聚,最後只有赤道留下一小片陸地。在地球離開第四軌道後,被海水覆蓋的區域會冰封, 整個地表將進入冰河時代 。地殼本身就是水面漂浮的板塊,停止自轉後由於慣性,極大可能會發生 斷裂和坍塌 。因此電影里所說的存活人數有35億是很難實現的,並且地面的大部分建築都會成為一片 廢墟 。在電影里出現的被冰封的高樓大廈幾乎不會存在。海水也會將人類之前建造的大部分發動機淹沒。因此在地球停止自轉以後,可能將死去極大部分人,並且災後重建也需要很長的時間。
假如我們經歷了一系列地震,海嘯,依然頑強地繁衍生息,並且在離開地球軌道之後重新在冰封的地面上建造眾多發動機。那我們就將迎來第三個挑戰了。
離開了太陽的人類如何生存?
太陽,溫度和水。這是生存的基本三要素。地球離開自己的軌道後,在一定時間內,還能接受到太陽的熱量和光,但是 地表溫度仍會降到-200℃左右 ,並且由於停止自轉而不再有晝夜交替。由於地表的低溫, 植物無法存活 ,也就無法產生光合作用製造氧氣。失去了最食物底端的植物和低溫下,其他生物也無法生存。意味著人類只能儲藏現有的食物。
在電影了幾次提到「蚯蚓干」。的確,在地下生活的人類最容易獲取的就是土壤里的昆蟲。但這很明顯不夠支撐時日。假設從地球一點點被淹沒開始,人類就開始瘋狂地儲藏食物,並且保存得當,但是在2500年時間里,按每個人每天只吃半斤壓縮食物來算, 35億人一年將會吃掉319375000噸食物,2500年需要吃掉798437500000噸食物。 唯一可以緩解食物緊缺的辦法就是從人類的排泄物中重復提取未被吸收的大約一半的能量物質,還有將不可食用的有機物和蛋白質轉化成可食用的有機物與蛋白質,如動物皮毛。 意味著我們在之後的流浪時間里,遲早會面臨只能吃「便便」和「垃圾」。
最後一個問題,如果發生意外,被木星這種大型行星捕獲,「點燃木星」這種操作可以實現么?
在電影里,按照原計劃利用引力彈弓飛行的地球在靠近火星時收到木星強大的引力影響,突然發生地震、坍塌的情況,使得部分發動機失效,無法維持加速度,地球面臨被木星的巨大引力「捕獲」的局面。由於地球龐大的體積,使得地球距離木星近的一端所受的引力遠大與另一端,一旦與木星突破 剛體洛希極限 的距離,地球就會像餅干一樣被引力扯碎,然後悉數墜落在木星表面。
主人公提出用「點燃木星」的辦法,利用木星表面大量氫氣與氧氣爆炸產生的沖擊波將地球推離。這種方法是否可行?
理論上是不可行的。
首先,爆炸需要氫氣與氧氣均勻混合才能燃燒。且不提木星引力能否捕獲足夠的地球大氣,就算有氧氣了,如此 短暫的時間仍不足以使它與氫氣混合均勻。 根本無法點燃。
即便燃燒成功,所造成的 沖擊波也無法逃離木星的引力離開木星大氣層 。要推動地球更是妄想了。就算燃燒延伸到地球大氣所及之處,成功抵達地面,將地球推離,也勢必會剝離部分大氣, 地球的部分表面將暴露在太陽風與宇宙碎片中。 而且,地殼只是漂浮在地面的一層殼,就像雞蛋殼一樣,強大的沖擊波如果將「雞蛋殼」敲破……
並且在漫長的旅途中,地球還需要躲避其他的行星和小行星帶。面臨的挑戰還數不勝數。
簡單來說,要讓我們的地球去流浪,還需要科技的進步和長時間的准備。盡管如此,旅途中也會發生許多意外。目前來說,我們哪兒也去不了。地球只有一個,珍惜我們的家園。
註:部分資料圖片參考於《環球科學》、「我是科學家 iscientist 」、「果殼」、「科學大院」及「360搜索」等。
❷ 比鄰微電影叫啥名
《比鄰:遇見50年》。
是在中國和比利時建交50周年之際,中比兩國共同攝制的系列微紀錄片。