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流浪地球:是逃亡還是抗爭?

2019-04-02 08:02暗號
科學Fans 2019年3期
關鍵詞:核聚變木星流浪

暗號

大年初一上映的電影《流浪地球》講述了一個因為太陽即將完蛋而導致世界末日的故事,電影制作中的10000件道具、2003個特效鏡頭造就了一個個帥到炸裂的電影場景,讓觀眾們直呼太過癮。回到現(xiàn)實來看,太陽也有46億年的歷史了,怎么能說完蛋就完蛋呢;地球已經(jīng)在太陽系內(nèi)安營扎寨46億年了,怎么能說搬遷就搬遷呢;如果末日來臨,人類究竟應該何去何從呢……從《太陽浩劫》到《流浪地球》,雖然這些末日場景都是科幻作家們開的腦洞,但卻也是我們?nèi)祟悜撝獣缘膯栴}。

太陽篇:不完美的恒星

太陽的真面目

1609年,伽利略做出了人類歷史上第一架天文望遠鏡。后來的幾年內(nèi),伽利略頻頻做出離經(jīng)叛道的褻瀆之舉——他將這臺望遠鏡一次又次地瞄準天空,那片亞里士多德宇宙觀和天主教宇宙觀的純潔領土。

他放下望遠鏡,驕傲地告訴世人,他看到了太陽表面存在暗斑。

今天我們當然知道那只不過是太陽表面常見的黑子,但在那個科學被蒙蔽壓制的黑暗年代,伽利略的發(fā)現(xiàn)無異于一聲驚雷:太陽有瑕疵。它不再是古希臘賢者想象中代表神格的完美火球,并非由純潔輕盈的精華元素構(gòu)成,在水晶質(zhì)的“原動天”軌道上滑行。伽利略證明了之前的瑰麗想象只是因為太陽的真面目遙不可及而已。并且,這發(fā)現(xiàn)至少可以引申出兩個細思恐極的擴展結(jié)論:

1.太陽并不穩(wěn)定,它也許會燒到盡頭;

2.那些天空中閃耀的星星,可能是無數(shù)個太陽,也有行星圍繞其公轉(zhuǎn)。

關于第二點,布魯諾也曾經(jīng)提出類似觀點,但1600年他被燒死了?!胺ňW(wǎng)恢恢”,對伽利略的審判同樣也逃不掉。1633年的羅馬,這位老人在判決書上服輸簽字,卻仍然不甘心地宣布“可地球的確在轉(zhuǎn)動”。

此后的數(shù)百年內(nèi),無數(shù)新發(fā)現(xiàn)完善了先哲們的猜想:恒星是宇宙中常見的天體,由氫原子核聚合成氦原子核的聚變反應源源不斷地發(fā)射熱量,如果行星在一個恰好的軌道上,接收不冷不熱的太陽能,它有可能會產(chǎn)生生命;恒星的壽命如果耗盡,行星也會隨之冷卻。

這就是地球在太陽系中現(xiàn)在的樣子,和未來注定的命運。

從膨脹到氦閃

好在這切離得太遠。太陽在50~70億年內(nèi)都不會變得狂暴,而是春風化雨般地將能量輻射到地球,這個時期被稱為主序期。但在《流浪地球》的原著中,太陽的大限提前到來了:太陽逐漸離開主序期,甚至即將發(fā)生氦閃,吞沒地球。

氦閃過后的氦核繼續(xù)燃燒,在經(jīng)歷第二次巨星化后,剩下的內(nèi)核會形成超高密度的白矮星,白矮星徹底熄滅又成為黑矮星,太陽的光輝終于不復存在,那是更遙遠的事了。

但不要忘了,在氦閃發(fā)生之前,紅巨星太陽就已經(jīng)膨脹到穿過水星、金星,接著就把地球也吞噬進去了。

而作為地球上脆弱的有機體,我們甚至可能連這個被吞噬的過程都等不到:比吞噬還早一些的,是太陽會變得越來越亮。由于太陽的膨脹,未來每10億年左右,陽光的亮度都將增強10%,假如這個速率一直保持下去,可能我們還沒等到太陽球體到達地球的位置,地球的大陸就已經(jīng)變得灼熱無比,海水成為鹽池。也許嗜鹽菌能活下來,但人類消耗光殘余的地下水之后,是絕無辦法在這地球上生存了。

因此,在電影《流浪地球》中,將原著的氦閃危機修改為“太陽加速膨脹老化,地球面臨被吞沒的滅頂之災”,可謂更加科學了。地球和人類就此踏上預計長達2500年的宇宙流浪之旅。

氦閃

氦閃現(xiàn)象和太陽的演化機制有關。太陽核心區(qū)域的氫元素聚變殆盡之后,產(chǎn)物就是外圍形成的一個空殼的黯淡氦核。氦核內(nèi)部,氫在繼續(xù)聚變?nèi)紵?;氦核外部,太陽卻在繼續(xù)膨脹。膨脹的結(jié)果就是太陽的外圍逐漸冷卻,由炙熱的黃色變?yōu)榧t色,成為一顆紅巨星。同時,氦核內(nèi)的溫度不斷升高,最終會輪到氦元素也可以發(fā)生聚變的程度,氦核聚變成碳核,碳核與氦核聚變成氧核,這種核聚變反應就像引爆了一個巨大的氦彈,就是所謂的“氦閃”。

亂世篇:流浪的難度

即便我們能夠造出推動地球的行星發(fā)動機,仍然有兩個天體使我們覺得故土難離,近行更怯。

太陽:進憂退亦憂

我們拖著地球離開并不是討厭太陽,畢竟我們放棄太陽就是為了尋找一個新太陽嘛。

把地球從太陽身邊拿走所需要的能量不難計算,它就是太陽維系地球所消耗的能量。但問題是,一旦離開太陽,我們的紫外線、紅外線等輻射也就沒了。

地球是一個大型開放系統(tǒng),地球所要耗散的能量全部都來源于太陽的核聚變。地球上繁多的生命逆熵而行,組成秩序井然的有機體和生態(tài)系統(tǒng),也正是靠消耗太陽輻射來的能量。假如離開太陽,我們只能靠地熱在地下生存,地球表面會變成一片冰川。

另外,太陽還塑造了地球物質(zhì)循環(huán)的基本骨架。離開太陽,并不是生態(tài)圈被傷及皮毛那么簡單,整個生態(tài)系統(tǒng)都要推翻重來。

并且,就目前的科技發(fā)展水平而言,影片中出現(xiàn)的那些汽車、飛行器等交通運輸工具,在極端寒冷的情況下根本難以發(fā)動。如果地球大氣層在搬運途中逐漸消耗,空氣變得稀薄,那么汽油、柴油等燃料會變得像是黏稠的膠質(zhì),根本沒有足夠的氧氣去點燃。

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你經(jīng)歷過蘋果手機在零下溫度時,明明有37%的電,突然一下就自動關機的尷尬嗎?你經(jīng)歷過手機明明電量充沛,但在大冬天里剛摸出口袋就只剩20%的電的無奈嗎?我們只能期望它在流浪地球計劃啟動那年能堅持得久一點。

木星:牛頓饒過誰

電影中的地球在經(jīng)過木星時,被木星強大的引力吸走,不僅大氣層被吸走,連地球本體也面臨分崩離析。木星大紅斑像梵高畫成的眼睛一樣,浮現(xiàn)在地球上空的電影畫面,相信大家印象深刻。

其實,木星與地球之間的愛恨情仇早在太陽系形成初期就已經(jīng)開始了。由于引力的作用,這顆巨行星將飛向地球和火星的天體碎片、隕石甚至小行星等物全都集火到自己身上。

當然,也有人認為木星把本不該進入這個范圍內(nèi)的物體也吸引了過來。但總體來看,木星仍然是地球生命形成的一個重要肉盾(另一個是衛(wèi)星——月球)。

并且,如果木星太大,那么地球可能會被木星吸走。如果火星太小,那么地球被擊毀的可能性又會增加。

這正是木星的貢獻。試想我們拖動地球在宇宙間航行,沒有了木星在

旁“拉仇恨”,那可真的要歷經(jīng)無數(shù)次的沖鋒陷陣才行了。光是太陽系外圍的柯伊伯帶就有著無數(shù)小行星,如果不能繞開那地方,那跟闖鬼門關也沒什么區(qū)別。

望鄉(xiāng)篇:流浪之外的其他可能

《流浪地球》提出的自救方案無疑是一個極端化的思維實驗,就好像一個人頭疼就把他頭砍掉,這在文學創(chuàng)作里當然是偉大的想象,但現(xiàn)實中我們往往會嘗試更多預案。于是這里就有了個更極端的想法——把木星變成另一個太陽!

電影中父子望向木星的戲份賺足眼淚,也讓我們知道木星其實是一個很棒的能量源。它和太陽一樣,里面也充滿了氫元素,只是它不夠巨大,自身引力不足,所以核心壓力不足以發(fā)生太陽那種強勁的熱核聚變反應。從這個意義上說,類木行星也只是一個小到?jīng)]法燃燒的太陽而已,它至少得比現(xiàn)在大八倍,才能成功引燃自己。

那么如果在逃過太陽膨脹半徑的前提下,把充滿氫氣的木星改造一番,是不是也可以帶上這個微型太陽出發(fā)?

這個腦洞在歷史上有很高的呼聲,解決方案也有很多(反正吹牛不用上稅)。最簡單的方案是增加質(zhì)量,比如在木星里投放微型的黑洞,不過黑洞的體量要不大不小,以防止其增長,吞噬整個木星。但是人類如果真的可以操縱這樣的小黑洞,那么太陽膨脹沒準也不是什么難事了。

我們還可以往木星里投放氫彈,相當于給炸藥包安插引線。但木星的體量又過于巨大,僅僅那只巨眼就比地球還要大,投放多少才能引起木星的巨震呢?

看來,我們現(xiàn)在對木星內(nèi)部的核聚變還是束手無策。但是有證據(jù)顯示,木星的內(nèi)部已經(jīng)存在熱輻射源?;蛟S,我們可以把木星已有的輻射好好利用一下。

20世紀60年代,物理學家弗里曼·戴森首先提出了“戴森球”的概念,他的設想本來是對太陽下手的。他提出可以在太陽周圍建造一個球體外殼,完全把太陽包裹起來,這樣太陽的輻射能就會更高效地被球殼捕獲,人類甚至可以住在球殼里。

在木星建造行星級戴森球,總比在太陽周圍建造恒星級戴森球要容易。建造戴森球的材料,可以從地球和火星取材。假如木星這團黯淡的炭火有了這么一個暖爐外殼,我們就可以帶著它去旅行,再也不怕受凍。等到達合適的目的地,或者技術(shù)又出現(xiàn)突破的時候,我們可以把殼拆掉,繼續(xù)琢磨把木星變成恒星的計劃。

到了那時,我們甚至需要拋棄地球,流浪地球徹底變成流浪木星——如果你是一個人在黑暗、寒冷的野外流浪,你是會選擇拼死守護一炬火焰,還是會選擇背負一座蝸殼前行呢?

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