下面給大家介紹一下電影中的物理知識。

這部影片根據(jù)劉慈欣同名科幻小說改編而來，講述了太陽即將死亡，即將進(jìn)入紅巨星的膨脹階段，地球即將被膨脹的太陽大氣所淹沒。在人類命運(yùn)即將面臨存亡的關(guān)頭，人類聯(lián)合政府做出了一項決定，將地球作為一個龐大的飛船駛離現(xiàn)有軌道，駛向距離我們最近、4.2光年的比鄰星。

從地球原有軌道到遙遠(yuǎn)的比鄰星，按照小說而言，這是一場長達(dá)2500年、需要100代人才能完成的恢弘計劃，它分為了五個階段：

人們把這五步分別稱為剎車時代、逃逸時代、流浪時代Ⅰ(加速)、流浪時代Ⅱ(減速)、新太陽時代。整個移民過程將延續(xù)兩千五百年時間，一百代人。

按照電影所說，每個行星發(fā)動機(jī)通過重核聚變能夠產(chǎn)生150萬億噸的推力（而現(xiàn)在的航天飛機(jī)的推力大約在2000萬牛頓，也就是未來的推力大約是現(xiàn)在推力的100億倍）。

應(yīng)用到地球質(zhì)量上，產(chǎn)生的加速度是0.00000025 （或者2.5E-7）米/秒2。在赤道附近的轉(zhuǎn)動速度大約就是每秒460米。對于一個發(fā)動機(jī)而言，如果能夠持續(xù)不斷的產(chǎn)生反推力，那么也需要21857天（大約60年）的時間才能夠讓地球停止。

02

一旦地球停止轉(zhuǎn)動，將會發(fā)生什么？

如果地球一旦停止轉(zhuǎn)動，那么地球上將會發(fā)生什么樣的變化呢？

最直接的一個效應(yīng)就是沒有了轉(zhuǎn)動，目前地球上幾乎所有的大陸都會被海洋所淹沒，這一點的確在電影當(dāng)中有所提及，原因很簡單。在地球轉(zhuǎn)動的時候，因為離心力的緣故，作為液態(tài)的海洋會朝向赤道附近聚集，所以一旦地球停止轉(zhuǎn)動，這些水會向兩極流動，從而造成大陸被淹沒。

在轉(zhuǎn)動的時候，同樣是因為離心力的作用，地球的赤道地殼會顯得更為突出一點，然而在沒有轉(zhuǎn)動的時候，那么赤道附近缺少離心力，所以很可能會導(dǎo)致板塊坍縮，從而引發(fā)一系列的全球地震或者海嘯。

因為沒有了轉(zhuǎn)動，地球?qū)泄潭ǖ囊幻娉蛱?，另外一面而將一直處于黑夜?dāng)中，就仿佛我們在南極或者北極所經(jīng)歷的極晝或者極夜那樣。盡管有地球大氣的存在，但是遠(yuǎn)離太陽的一面，還是會因為長期得不到太陽的照射，從而溫度變得很低，不太適合生命的存在。

03

脫離木星引力的方法合理嗎？

整部電影所展現(xiàn)的一個主題就是如何擺脫木星的“剛性洛希極限“點。這其實就是“流浪地球計劃”的第三個“先流浪階段“。

其實在電影當(dāng)中，聯(lián)合政府本來想通過一種叫做引力彈弓(gravitational slingshot)的效應(yīng)，使用木星對地球進(jìn)行加速，沒想到部分行星發(fā)動機(jī)失效，導(dǎo)致地球被木星吸引而逐漸進(jìn)入木星的剛體洛希極限，出現(xiàn)了電影當(dāng)中所呈現(xiàn)的災(zāi)難。

其實引力彈弓效應(yīng)在探測器飛行中被廣泛使用，通常被當(dāng)做一種節(jié)省能源的加速方式，旅行者一號就是利用木星和土星兩次引力加速，才得以逃出太陽系。 

這個效應(yīng)的原理其實非常簡單，因為行星本身也在圍繞太陽轉(zhuǎn)動，所以當(dāng)行星吸引探測器或者其它天體的同時，就實際上賦予了探測器或者其它天體一部分速度，當(dāng)探測器或者其它天體逃離出去的時候，就相當(dāng)于被加速了。

我們可以舉一個簡單的類似例子來理解。如果我們站在靜止的地面上向運(yùn)動的火車頂上扔一個網(wǎng)球，在網(wǎng)球被彈起來的時候，地面上靜止的人看到網(wǎng)球的速度，其實就是火車速度和網(wǎng)球原來速度的疊加。所以當(dāng)天體從某個行星周圍逃離的時候，其實就是本來的速度和天體速度的疊加。

接下來我們再來簡單解釋一下電影中出現(xiàn)的另外一個燒腦名詞：剛體洛希極限。

簡單說來，就是一個類似地球的巖質(zhì)天體被木星的潮汐力撕碎的極限半徑。因為距離木星很近，在靠近木星和遠(yuǎn)離木星的地球表面上會感受到不一樣的木星引力，我們把這種力的差別稱之為潮汐力。

我們可以想象一下，距離木星越來越近的情況下，這種潮汐力會變得越大。在靠近木星一定距離時，大到一定程度時，整個地球就會被撕裂，這個特殊的臨界距離被科學(xué)家們稱之為剛體洛希極限。

所以我們可以想象，一旦地球跨過了這個點之后，地球會被粉碎，地球上的人類肯定無一生存，流浪地球的計劃也將隨之破滅。而按照電影當(dāng)中所言，這也是為什么聯(lián)合政府看到地球即將跨過洛希極限點的時候，就已經(jīng)打算放棄地球，而保留了太空站，讓太空站成為人類文明生存的諾亞方舟。

接下來再讓我們看一下電影當(dāng)中讓地球擺脫木星引力的場景：在地球即將進(jìn)入木星的洛希極限點之前，地面上的救援隊試圖用所有行星發(fā)動機(jī)的能量集中到其中一個，然后去噴射點燃木星的大紅斑，不過因為部分發(fā)動機(jī)沒有完全工作，所以總共7萬公里的距離還差5000公里才能得以點燃。

在這涉及地球存亡的緊急關(guān)頭，吳京所扮演的宇航員劉培強(qiáng)駕駛著空間站在粒子流當(dāng)中爆炸，空間站攜帶的巨大能源彌補(bǔ)了行星發(fā)動機(jī)的能量不足，最終木星大紅斑被成功點燃，產(chǎn)生劇烈的沖擊波，這股來自于木星的氣體巨浪將地球從木星周圍推走，避免了被木星引力撕碎的危險。

木星大紅斑中的氫可能被點燃嗎？木星的氣體沖擊波真可能將地球推走嗎？

簡單的答案就是這兩個情形都不太可能發(fā)生。如果要想讓大紅斑中的氫燃燒，需要地球有充分的氧氣混合。不是被木星吸積的地球大氣中包含有大量氧氣么？

但是需要知道，即使包含有氧氣的地球大氣在吸積到木星表面的時候，因為時間很很短，也不會和氫氣均勻混合，所以產(chǎn)生大規(guī)模燃燒的可能性非常小。假若可以燃燒發(fā)生爆炸，產(chǎn)生非常強(qiáng)的沖擊波，也不太可能對地球本身產(chǎn)生極大的影響。