《流浪地球》剧照。 春节档,电影《流浪地球》大热。不少观众在看完电影后依然觉得摸不着头脑,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为你做专门解读。
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。
李晋斌告诉读者,“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。
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。
(杨甜子)
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二月还有两部进口片上映
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