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流浪地球:是逃亡还是抗争?

2019-04-02暗号

科学Fans 2019年3期
关键词:核聚变木星流浪

暗号

大年初一上映的电影《流浪地球》讲述了一个因为太阳即将完蛋而导致世界末日的故事,电影制作中的10000件道具、2003个特效镜头造就了一个个帅到炸裂的电影场景,让观众们直呼太过瘾。回到现实来看,太阳也有46亿年的历史了,怎么能说完蛋就完蛋呢;地球已经在太阳系内安营扎寨46亿年了,怎么能说搬迁就搬迁呢;如果末日来临,人类究竟应该何去何从呢……从《太阳浩劫》到《流浪地球》,虽然这些末日场景都是科幻作家们开的脑洞,但却也是我们人类应该知晓的问题。

太阳篇:不完美的恒星

太阳的真面目

1609年,伽利略做出了人类历史上第一架天文望远镜。后来的几年内,伽利略频频做出离经叛道的亵渎之举——他将这台望远镜一次又次地瞄准天空,那片亚里士多德宇宙观和天主教宇宙观的纯洁领土。

他放下望远镜,骄傲地告诉世人,他看到了太阳表面存在暗斑。

今天我们当然知道那只不过是太阳表面常见的黑子,但在那个科学被蒙蔽压制的黑暗年代,伽利略的发现无异于一声惊雷:太阳有瑕疵。它不再是古希腊贤者想象中代表神格的完美火球,并非由純洁轻盈的精华元素构成,在水晶质的“原动天”轨道上滑行。伽利略证明了之前的瑰丽想象只是因为太阳的真面目遥不可及而已。并且,这发现至少可以引申出两个细思恐极的扩展结论:

1.太阳并不稳定,它也许会烧到尽头;

2.那些天空中闪耀的星星,可能是无数个太阳,也有行星围绕其公转。

关于第二点,布鲁诺也曾经提出类似观点,但1600年他被烧死了。“法网恢恢”,对伽利略的审判同样也逃不掉。1633年的罗马,这位老人在判决书上服输签字,却仍然不甘心地宣布“可地球的确在转动”。

此后的数百年内,无数新发现完善了先哲们的猜想:恒星是宇宙中常见的天体,由氢原子核聚合成氦原子核的聚变反应源源不断地发射热量,如果行星在一个恰好的轨道上,接收不冷不热的太阳能,它有可能会产生生命;恒星的寿命如果耗尽,行星也会随之冷却。

这就是地球在太阳系中现在的样子,和未来注定的命运。

从膨胀到氦闪

好在这切离得太远。太阳在50~70亿年内都不会变得狂暴,而是春风化雨般地将能量辐射到地球,这个时期被称为主序期。但在《流浪地球》的原著中,太阳的大限提前到来了:太阳逐渐离开主序期,甚至即将发生氦闪,吞没地球。

氦闪过后的氦核继续燃烧,在经历第二次巨星化后,剩下的内核会形成超高密度的白矮星,白矮星彻底熄灭又成为黑矮星,太阳的光辉终于不复存在,那是更遥远的事了。

但不要忘了,在氦闪发生之前,红巨星太阳就已经膨胀到穿过水星、金星,接着就把地球也吞噬进去了。

而作为地球上脆弱的有机体,我们甚至可能连这个被吞噬的过程都等不到:比吞噬还早一些的,是太阳会变得越来越亮。由于太阳的膨胀,未来每10亿年左右,阳光的亮度都将增强10%,假如这个速率一直保持下去,可能我们还没等到太阳球体到达地球的位置,地球的大陆就已经变得灼热无比,海水成为盐池。也许嗜盐菌能活下来,但人类消耗光残余的地下水之后,是绝无办法在这地球上生存了。

因此,在电影《流浪地球》中,将原著的氦闪危机修改为“太阳加速膨胀老化,地球面临被吞没的灭顶之灾”,可谓更加科学了。地球和人类就此踏上预计长达2500年的宇宙流浪之旅。

氦闪

氦闪现象和太阳的演化机制有关。太阳核心区域的氢元素聚变殆尽之后,产物就是外围形成的一个空壳的黯淡氦核。氦核内部,氢在继续聚变燃烧;氦核外部,太阳却在继续膨胀。膨胀的结果就是太阳的外围逐渐冷却,由炙热的黄色变为红色,成为一颗红巨星。同时,氦核内的温度不断升高,最终会轮到氦元素也可以发生聚变的程度,氦核聚变成碳核,碳核与氦核聚变成氧核,这种核聚变反应就像引爆了一个巨大的氦弹,就是所谓的“氦闪”。

乱世篇:流浪的难度

即便我们能够造出推动地球的行星发动机,仍然有两个天体使我们觉得故土难离,近行更怯。

太阳:进忧退亦忧

我们拖着地球离开并不是讨厌太阳,毕竟我们放弃太阳就是为了寻找一个新太阳嘛。

把地球从太阳身边拿走所需要的能量不难计算,它就是太阳维系地球所消耗的能量。但问题是,一旦离开太阳,我们的紫外线、红外线等辐射也就没了。

地球是一个大型开放系统,地球所要耗散的能量全部都来源于太阳的核聚变。地球上繁多的生命逆熵而行,组成秩序井然的有机体和生态系统,也正是靠消耗太阳辐射来的能量。假如离开太阳,我们只能靠地热在地下生存,地球表面会变成一片冰川。

另外,太阳还塑造了地球物质循环的基本骨架。离开太阳,并不是生态圈被伤及皮毛那么简单,整个生态系统都要推翻重来。

并且,就目前的科技发展水平而言,影片中出现的那些汽车、飞行器等交通运输工具,在极端寒冷的情况下根本难以发动。如果地球大气层在搬运途中逐渐消耗,空气变得稀薄,那么汽油、柴油等燃料会变得像是黏稠的胶质,根本没有足够的氧气去点燃。

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你经历过苹果手机在零下温度时,明明有37%的电,突然一下就自动关机的尴尬吗?你经历过手机明明电量充沛,但在大冬天里刚摸出口袋就只剩20%的电的无奈吗?我们只能期望它在流浪地球计划启动那年能坚持得久一点。

木星:牛顿饶过谁

电影中的地球在经过木星时,被木星强大的引力吸走,不仅大气层被吸走,连地球本体也面临分崩离析。木星大红斑像梵高画成的眼睛一样,浮现在地球上空的电影画面,相信大家印象深刻。

其实,木星与地球之间的爱恨情仇早在太阳系形成初期就已经开始了。由于引力的作用,这颗巨行星将飞向地球和火星的天体碎片、陨石甚至小行星等物全都集火到自己身上。

当然,也有人认为木星把本不该进入这个范围内的物体也吸引了过来。但总体来看,木星仍然是地球生命形成的一个重要肉盾(另一个是卫星——月球)。

并且,如果木星太大,那么地球可能会被木星吸走。如果火星太小,那么地球被击毁的可能性又会增加。

这正是木星的贡献。试想我们拖动地球在宇宙间航行,没有了木星在

旁“拉仇恨”,那可真的要历经无数次的冲锋陷阵才行了。光是太阳系外围的柯伊伯带就有着无数小行星,如果不能绕开那地方,那跟闯鬼门关也没什么区别。

望乡篇:流浪之外的其他可能

《流浪地球》提出的自救方案无疑是一个极端化的思维实验,就好像一个人头疼就把他头砍掉,这在文学创作里当然是伟大的想象,但现实中我们往往会尝试更多预案。于是这里就有了个更极端的想法——把木星变成另一个太阳!

电影中父子望向木星的戏份赚足眼泪,也让我们知道木星其实是一个很棒的能量源。它和太阳一样,里面也充满了氫元素,只是它不够巨大,自身引力不足,所以核心压力不足以发生太阳那种强劲的热核聚变反应。从这个意义上说,类木行星也只是一个小到没法燃烧的太阳而已,它至少得比现在大八倍,才能成功引燃自己。

那么如果在逃过太阳膨胀半径的前提下,把充满氢气的木星改造一番,是不是也可以带上这个微型太阳出发?

这个脑洞在历史上有很高的呼声,解决方案也有很多(反正吹牛不用上税)。最简单的方案是增加质量,比如在木星里投放微型的黑洞,不过黑洞的体量要不大不小,以防止其增长,吞噬整个木星。但是人类如果真的可以操纵这样的小黑洞,那么太阳膨胀没准也不是什么难事了。

我们还可以往木星里投放氢弹,相当于给炸药包安插引线。但木星的体量又过于巨大,仅仅那只巨眼就比地球还要大,投放多少才能引起木星的巨震呢?

看来,我们现在对木星内部的核聚变还是束手无策。但是有证据显示,木星的内部已经存在热辐射源。或许,我们可以把木星已有的辐射好好利用一下。

20世纪60年代,物理学家弗里曼·戴森首先提出了“戴森球”的概念,他的设想本来是对太阳下手的。他提出可以在太阳周围建造一个球体外壳,完全把太阳包裹起来,这样太阳的辐射能就会更高效地被球壳捕获,人类甚至可以住在球壳里。

在木星建造行星级戴森球,总比在太阳周围建造恒星级戴森球要容易。建造戴森球的材料,可以从地球和火星取材。假如木星这团黯淡的炭火有了这么一个暖炉外壳,我们就可以带着它去旅行,再也不怕受冻。等到达合适的目的地,或者技术又出现突破的时候,我们可以把壳拆掉,继续琢磨把木星变成恒星的计划。

到了那时,我们甚至需要抛弃地球,流浪地球彻底变成流浪木星——如果你是一个人在黑暗、寒冷的野外流浪,你是会选择拼死守护一炬火焰,还是会选择背负一座蜗壳前行呢?

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