茅元元：《流浪地球》中的物理学原理

　　茅元元说：刘慈欣的原著我读过，吴京的演技真的很好，郭凡导演确实很棒。

　　其次有些人喷的真的很奇葩，还热核聚变、弹弓效应。

　　1、重聚变发动机(重原子聚变发动机)

　　电影中最惹人注目的，就是这些重聚变发动机，高度达11公里，比珠峰朗玛峰还高2.2公里。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(小说设定)，总共能提供150万亿吨的推力。

　　重聚变，顾名思义，就是由重原子进行的核聚变。目前人类能做到的，还只是利用氢原子进行的不可控核聚变(氢弹)。而小说和电影中利岩石为主要燃料进行核聚变，则需要更大的温度的压强才能实现。我们地球上岩石的主要成分是“硅”。根据天文学的研究，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 →镍–56。在这个聚变过程中，释放出大量的能量，比氢弹爆炸释放的能量多太多了。

　　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。

　　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。

　　然后，光有重聚变发动机还是不行的，必须还要应用到下面这项技术。

　　2、无工质推进

　　我们目前的火箭技术都是工质推进。也就是火箭燃料在燃烧室内经过燃烧后向后喷出，让火箭获得一个反方向的推力。但是，我们不得不承认，这种方式的效率是非常低的，需要燃烧相当多的燃料，而且燃料本身的重量也要消耗火箭发射的能量。

　　我们从高中物理学中学到：

　　m1v1=m2v2

　　通俗的讲，就是火箭喷出物质速度越快，火箭获得的推力就越大，同时消耗的燃料就越少。那么无工质发动机喷出的是什么呢?是电磁场加速后的等离子体，这种物质的喷射速度最高能达到500公里每秒，在未来甚至更高，最高上限是30万公里每秒。目前液体火箭喷射燃料的速度也不过4.5公里每秒。也就是说，同等条件下，无工质推进是目前火箭发动机的100倍效率。

　　因此在无工质推进的高效率之下，才能让地球节省了这些岩石燃料。否则，按照常规推进模式，把半个地球当燃料烧了，也不够这一万两千台发动机把地球推动逃离太阳系。

　　3、霍曼转移轨道

　　在电影和小说《流浪地球》中，地球逃出太阳系，并不是跟扔标枪一样一下子飞出去，而是采取了转圈扔铁饼的方式。先把地球绕太阳的公转的轨道由圆形改为椭圆形，这里就牵扯到了霍曼转移轨道的概念。

　　霍曼转移轨道(Hohmann transfer orbit)是一种变换太空船轨道的方法，途中只需两次引擎推进，相对地节省燃料。此种轨道操纵名称来自德国物理学家瓦尔特·霍曼。

　　霍曼转移轨道不是最省时间的方法，但却是最省燃料的方法。而把地球轨道从圆形变成椭圆形，目的是为了获得一个冲向木星的路径和速度，以便利用木星的引力加速，最终逃出太阳系。

　　当然，像地球这么大的星体，仅进行一次椭圆轨道绕日是远远不够的，在原著中，地球总共进行了15次椭圆形公转，每次的椭圆形都比以前更扁一些，其目的还是为了节省燃料。

　　4、木星引力

　　人类历史上有过利用木星引力的先例，七十年代发射的旅行者一号和二号探测器，就是利用了木星的引力，最终达到了离开太阳系的逃逸速度。在原著中，质量是地球318倍的木星，用引力将地球朝着自己拉扯过去，在这过程中地球获得了一个很大的逃逸速度。但是人们担心地球最终会和木星相撞。不过，请放心，在科研人员的精确计算之下，地球最终和木星擦肩而过，以更快的速度逃向太空深处。

　　5、氦闪

　　最最关键的知识点来了，氦闪。这种现象发生在0.8个到2.25个太阳质量的恒星身上。当恒星内部氢元素燃烧殆尽，导致氦元素在恒星的核心大量积累，密度增加。在外部压力的作用下，氦元素以简并态的方式存在着。当核心内部温度达到一亿K到两亿K时，氦聚变开始了，由于简并态传导的速度很快，几秒钟之内核聚变就在整个氦核心中发生，并使恒星产生千亿倍于正常恒星的能量。然后恒星核心里的氦绝大部分在这几秒内聚变为碳元素。氦闪结束后，恒星内部引力收缩和核聚变压力重新得到了平衡，内核收缩，外壳膨胀，恒星膨胀为红巨星，变的更不过诸位请放心，太阳立即变为红巨星，只是《流浪地球》中一个假设。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，该吃的吃，该喝的喝，该玩的玩。珍惜当下，建设国家。

　　说到这我才反应过来你们这些瞎喷的，读过原著没，看过电影没，看懂了没?这电影和原著唯一的不同点就是那个叫韩朵朵的女孩。