读史每日7点，文化早餐博文|通识|知古|鉴今|有品有趣来源|扬子晚报、科普中国、南方日报、知局等点击查看：《流浪地球》原著小说全文近日，一位父亲给女儿手绘了6张《流浪地球》的讲解图，引起网友热议并纷纷点赞。李晋斌介绍，地球这个庞然大物，半径6371公里。这个速度相当于复兴号列车速度的200倍。于是人类想到了借助木星的“引力弹弓”，令地球零消耗改变方向、提升速度，最后到达比邻星。
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来源|扬子晚报、科普中国、南方日报、知局等
点击查看：《流浪地球》原著小说全文
近日，一位父亲给女儿手绘了6张《流浪地球》的讲解图，引起网友热议并纷纷点赞。
的确，不少观众在看完电影后觉得摸不着头脑，到底什么是“引力弹弓”？“重聚变发动机”又是怎样工作的？南京航空航天大学理学院副教授李晋斌应邀为扬子晚报做了专门解读。
“这恰恰是《流浪地球》的价值所在，在孩子心中播下科幻的种子”。
2月8日，网友@卡卡西啦啦在论坛发布了老同学看完流浪地球后给他女儿做的6张讲解图，一时引发众多评论和转发。
“用心”“点赞”“优秀父母”……不少网友在评论中给这位父亲竖起了大拇指，并表示也要说给自己孩子听。
@冬瓜战士OP：点赞点赞，真的有耐心还有学识。
@可爱鸡：可以的！小孩子理解不理解，理解多少没关系，至少兴趣培养起来了。
@他就是这样踢球的啦：先不说电影小孩子能理解多少？对她而言，这才是最正确地打开方式！
@WSCC：不管怎么说这都是好事，提高小朋友对物理，对科研的兴趣，总比沉迷在吃鸡，和流量明星中好得多
@yys0206:别的不说，两个字送给你，用心。优秀父母。
@统计初段：你这老同学算“剧透”吗？不过我要这个来给我小孩讲，太详细了！
@威斯意志：留个爪，感谢楼主！！准备讲给儿子听。
专家解读 《流浪地球》里的科学奥秘
南京航空航天大学理学院副教授李晋斌
关于引力弹弓
“引力弹弓”是飞行器加速常用的方法
《流浪地球》电影中，地球逃逸太阳引力的重要段落里，“引力弹弓”扮演了举足轻重的“角色”。李晋斌介绍，地球这个庞然大物，半径6371公里。但剧中人类造出了同样庞大的行星发动机，足以在5年左右将地球推进到逃逸太阳引力的最低速度，即16.7公里/秒。这个速度相当于复兴号列车速度的200倍。即便是如此高的速度，相对于星际距离来说还远远不够，目的地比邻星（半人马座三星）距离地球4.3光年，如果按照逃逸速度航行，需要7.7万年才能抵达，这实在是太漫长了！于是人类想到了借助木星的“引力弹弓”，令地球零消耗改变方向、提升速度，最后到达比邻星。
李晋斌告诉扬子晚报记者，“引力弹弓”是一种飞行器加速常用的方法，我们向地球以外的天体发射飞行器时，常会应用到其他行星或天体做“引力弹弓”，以此来节省燃料、时间和计划成本。比较经典的可能是美国的“卡西尼”号探测器了，它于1997年10月15日从地球发射前往目的地——土星，但只带了很少的燃料。它在1998年4月26日利用了金星的弹射，在1999年7月24日利用了金星的第二次弹射，又于1999年8月18日利用了地球的弹射，后于2000年12月30日利用了木星的弹射，最终于2004年7月1日抵达土星。
电影里的“引力弹弓”场景很可能实现不了
“比如一只乒乓球，当它飞向一面静止的球拍时，在忽略重力、空气阻力、摩擦等因素的情况下，反弹速度是相同的。但如果这个球拍向着来球方向移动，那这个球与拍相撞后反弹速度就会变快，这就是‘引力弹弓’效应。”李晋斌说，其实“引力弹弓”也是科幻电影经典桥段之一。例如《星际穿越》中，库珀为使“巡逻者”号飞船到达米勒星球，这就需要降速c/3，他采用的方案是利用一颗中子星进行引力弹弓减速。
值得注意的是，《流浪地球》中的引力弹弓场景很可能实现不了，电影忽视了一个非常重要的先决条件，木星和地球的质量比值不够大，大约320（不像乒乓球和球拍质量差那么悬殊）。地球不可能利用木星的巨大引力实现引力弹弓的加速效果，地球一旦被木星引力捕获，结果必然是地球和木星相互牵扯，两者相互围绕旋转，旋转半径会越来越小，最后，地球和木星发生猛烈碰撞，形成一个新的星球。
关于重聚变发动机
重聚变发动机助攻“流浪地球”理论上有可能
在《流浪地球》里，还有一些引人注目的“大家伙”——高度达11千米，比珠穆朗玛峰还高2.2千米的重聚变发动机。每台发动机能提供150亿吨的推力，而这样的发动机在欧亚大陆和美洲大陆总共有一万两千台，总共能提供150万亿吨的推力，如此大的动力方可在5年左右将地球推进到逃逸太阳引力的最低速度，即16.7公里/秒。
李晋斌解读，重聚变，就是由重原子进行的核聚变。“我们常听说聚变的是轻核聚变即氢聚变反应变为氦放出巨大能量，这也是太阳产生能量的主要方式。人类能做到的还只是利用氢原子进行的不可控核聚变（氢弹），但氦并不是核聚变的终点，氦可以继续聚变生成碳，碳继续聚变生成硅，即氦–4→碳–12→硅–28。硅当然也不是核聚变的终点，大质量恒星后期的聚变反应就是“重聚变”。从“硅”开始大质量恒星“重聚变”过程是：硅–28→硫–32 → 氩–36→钙–40→钛–44 → 铬 –48 → 铁–52（铁–56），核聚变走到铁这一步，就不再释放能量，而是吸收能量，所以重聚变最后产生的废渣就是铁。“重聚变”释放出的能量，比氢弹爆炸释放的能量要大很多很多。当然重聚变需要的温度也高得多、压强也要大得多才能实现。
小说和电影中，利用岩石为主要燃料进行核聚变就是这个过程。我们地球上岩石的主要成分是“硅”。正是有了重聚变发动机，才能让“流浪地球”计划成功，因为岩石在地球上到处都是，提供了无穷无尽的燃料。至于如何实现可控“重聚变”，那就是科学家而非科幻小说家的任务。
特别关注
太阳变为红巨星？50亿年后再说！
李晋斌特别补充，太阳变为红巨星只是《流浪地球》中的一个假设。现实中的太阳按照恒星正常的寿命，50亿年之后才会变为红巨星。那时候人类大概已经移民到其他恒星系星球。所以大家不必杞人忧天，还是应该珍惜当下。
分享：《流浪地球》里的科学奥秘
《科普中国》特别给大家整理了以下出现在《流浪地球》中的重要知识点，一起恶补一下这部电影的一些奥秘吧。
以下由清华大学航天航空学院工程力学系在读博士，中国科幻银河奖/星云奖获奖作者：木辛君 撰文、《流浪地球》作者：刘慈欣 审核。
01
为什么要去木星？
故事背景是这样的：太阳急速老化，不断膨胀，太阳系已经不适合人类生存，于是人类为自己选了一个新的家园——比邻星（半人马座三星）。
比邻星同太阳一样，都是恒星，但质量只有太阳的八分之一。
地球是个庞然大物，半径6371公里，重达59万亿亿吨。但人类造出了同样庞大的行星发动机，足以在5年左右将地球推进到逃逸速度（脱离太阳引力的最低速度）。
行星发动机示意图
但这个速度还远远不够。比邻星（半人马座三星）距离地球4.3光年，如果按照逃逸速度航行，需要7.7万年才能抵达，这实在是太漫长了！
即使行星发动机继续加速，达到光速的百分之一仍然不可行。于是人类想到了借助木星的“引力弹弓”，令地球零消耗改变方向、提升速度，最后到达比邻星。
那为什么行星发动机不能加速到百分之一光速呢？这是因为行星发动机的能量来自“重元素聚变”。
02
重元素聚变有什么限制？
所谓重元素聚变并不是什么稀奇玩意儿。在宇宙深处有不少恒星“巨无霸”，内部就在进行着重元素聚变。
重元素聚变的质能转换效率是相当低的。最乐观估计，地球要达到逃逸速度，也必须烧掉7亿亿吨的石头，相当于把全球的地面挖掉40米做为燃料；要达到光速的百分之一，则必须削去地壳的一半。
如果无法靠自己的力量推动地球，那就借助精巧的轨道计算，利用天文尺度的力量——万有引力。于是人类将目光投向木星，这就是电影前半段上演的。
03
木星的引力弹弓是怎么回事？
航天中存在引力弹弓现象，利用它，可以令航天器零消耗低改变方向、提升速度，送达目标轨道。
引力弹弓一般发生在一对重量相差悬殊的天体之间。这里我们用木星（红色球）和地球（蓝色球）举个例子，如图a和图b所示。
地球以速度V靠近木星，而木星在轨道上以速度U运行↓↓↓
图 a 引力弹弓的示意图
足够靠近后，地球被木星引力抓住，牵引，优雅地转体半周，然后像掷铁饼那样甩出去↓↓↓
图 b 引力弹弓的示意图
感谢木星甘当人梯的奉献精神，地球获得了木星的轨道速度U，叠加上原有的速度V，速度增加到了U V。地球的速度和能量都增加了，却没有消耗任何燃料，就奔着新家园去了。
但如果变轨时离一颗巨行星太近的话，这趟“观光旅行”可就要不怎么愉快了。
04
靠近木星时，行星发动机大批熄火
当地球靠近木星时，人类突然遭遇了巨大危机：数千台行星发动机故障熄火了，全球地震，火山爆发，岩浆吞没了地下城……
图中红线部分为长城
为什么几千台发动机会同时熄火呢？为什么地震、火山都赶在这个时候来凑热闹呢？这一切灾难的根源是“洛希极限”，简单说就是地球离木星太近了，太近会发生什么呢？
05
超过洛希极限会发生什么呢？
洛希极限（Roche limit）是天文学中的一个特殊的距离。当两个天体的距离少于洛希极限时，它们就倾向于被“潮汐力”撕碎。
计算表明，地球和木星的距离如果低于10.3万公里，那么大气就会在潮汐力的作用下脱离地球；如果距离低于7.44万公里，那整个地球都会被撕碎。
潮汐力有多可怕，我们拿一个茶壶和茶杯举例子：
图 c 用来演示潮汐力的茶杯
我们在杯壁顶部倒一些水，让它在重力作用下向着杯底滑落。越靠近杯底，水滴会越拉越长，最后被拉扯到了撕裂的极限。这个极限就可以被认为是这个茶杯对水滴的“洛希极限”。
木星的引力场，实际上就是这样一个“茶杯”。地球尺寸很大，当它靠近木星时，离木星较近一侧受到的引力，将比较远一侧大得多，因此会像水滴一样被逐渐撕裂。
《流浪地球》电影中，地球已经到达了地木“流体洛希极限”（地木距离10.3万公里）。在此处，液体和气体不再能被地球引力束缚，而倾向于逃逸；而岩石还勉强能凭借自身的硬度坚持一会儿↓↓↓
图 d 地木流体洛希极限模拟(二维简化模型)
再靠近木星一点，地球将进入地木“刚体洛希极限”（地木距离约7.44万公里）。在此处，就连坚硬的岩石都会被引力差撕碎，地球将彻底解体↓↓↓
图 e 地木刚体洛希极限模拟(二维简化模型)
可以想象《流浪地球》中，人类面临的是怎样的绝望了。太靠近木星不行，那样会被潮汐力撕碎；太远离木星也不行，那样无法借助引力弹弓变轨……
06
好的科幻对科学有指向意义
限于时间和篇幅，在此只能对《流浪地球》中两个关键情节的科学背景进行讨论。实际上电影中涉及的科学知识非常多，设定详实，且高度融入剧情。
最重要的是，它们引出了很多值得思考的问题。从这个角度看，一部好的科幻电影真的能开启观众、尤其是孩子们的想象力与求知欲。好的科幻作品，尤其是硬科幻，对于科学是有比较强烈的指向意义。
. End.
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