别光看特效!刘慈欣、吴京带你看懂《流浪地球》里的科学奥秘( 二 )


别光看特效!刘慈欣、吴京带你看懂《流浪地球》里的科学奥秘



引力弹弓一般发生在一对重量相差悬殊的天体之间 。 这里我们用木星(红色球)和地球(蓝色球)举个例子,如图a和图b所示 。
地球以速度V接近木星,而木星在轨道上以速度U运行↓↓↓
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图a 引力弹弓的示意图
足够接近后,地球被木星引力抓住,牵引,优雅地转体半周,然后像掷铁饼那样甩出去↓↓↓
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图b 引力弹弓的示意图
感激木星甘当人梯的奉献精力,地球获得了木星的轨道速度U,叠加上原有的速度V,速度增添到了U+V 。 地球的速度和能量都增添了,却没有耗损任何燃料,就奔着新家园去了 。
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但若是变轨时离一颗巨行星太近的话,这趟“不雅光观光”可就要不怎么兴奋了 。
接近木星时,行星策动机多量熄火
本地球接近木星时,人类俄然遭遇了庞大危机:数千台行星策动机故障熄火了,全球地动,火山爆发,岩浆淹没了地下城……
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图中红线部门为长城
为什么几千台策动机遇同时熄火呢?为什么地动、火山都赶在这个时辰来凑热闹呢?这一切灾难的根源是“洛希极限”,简单说就是地球离木星太近了,太近会发生什么呢?
跨越洛希极限会发生什么呢?
洛希极限(Roche limit)是天文学中的一个特别的距离 。 当两个天体的距离少于洛希极限时,它们就倾标的目的于被“潮汐力”撕碎 。
计较表白,地球和木星的距离若是低于103万公里,那么大气就会在潮汐力的感化下离开地球;若是距离低于7.44万公里,那整个地球城市被撕碎 。
潮汐力有多恐怖,我们拿一个茶壶和茶杯举例子:
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图 c 用来演示潮汐力的茶杯
我们在杯壁顶部倒一些水,让它在重力感化下标的目的着杯底滑落 。 越接近杯底,水滴会越拉越长,最后被拉扯到了扯破的极限 。 这个极限就可以被认为是这个茶杯对水滴的“洛希极限” 。
木星的引力场,现实上就是如许一个“茶杯” 。 地球尺寸很大,当它接近木星时,离木星较近一侧受到的引力,将比力远一侧大得多,是以会像水滴一样被逐渐扯破 。
《流离地球》片子中,地球已经达到了地木“流体洛希极限”(地木距离103万公里) 。 在此处,液体和气体不再能被地球引力束厄局促,而倾标的目的于逃逸;而岩石还勉强能凭借自身的硬度对峙一会儿↓↓↓
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图 d 地木流体洛希极限模拟(二维简化模子)
再接近木星一点,地球将进入地木“刚体洛希极限”(地木距离7.44万公里) 。 在此处,就连坚硬的岩石城市被引力差撕碎,地球将彻底解体↓↓↓

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