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《流浪地球2》沒說的都在這里了

發(fā)布時(shí)間:2023-02-06 14:14:00來源: 科技日?qǐng)?bào)

  ◎本報(bào)記者 金 鳳

  地球本身不是一塊堅(jiān)硬的石頭,地殼下40—70公里處是熔巖,有點(diǎn)類似于雞蛋的結(jié)構(gòu)。如果想驅(qū)動(dòng)1萬多座發(fā)動(dòng)機(jī),僅耗時(shí)百年來推動(dòng)地球“行走”,發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)地球產(chǎn)生的壓力,是地球承擔(dān)不起的,會(huì)把“雞蛋”的殼擊碎。而如果發(fā)動(dòng)機(jī)緩慢加速逐漸達(dá)到最大功率,那地球“流浪”的時(shí)間將更長(zhǎng),甚至要成千上萬年的時(shí)間。在“流浪”期間,地球會(huì)發(fā)生什么、遭遇什么,人類文明又將經(jīng)歷什么,都很難預(yù)料。

  如果太陽危機(jī)近在眼前,人類該如何生存下去?地球作為目前銀河系中已知的唯一存在生命的星球,時(shí)刻接受著太陽的“烤問”。

  在五六十億年后,太陽即將迎來其生命的“終點(diǎn)”,這種“烤問”就會(huì)變得無比致命。

  最近大火的電影《流浪地球2》,便是在這種末日即將降臨的背景下展開的。影片中,人類試圖借助萬座巨大的行星發(fā)動(dòng)機(jī)、洞悉一切的量子計(jì)算機(jī)、高聳入云的太空電梯求得一線生機(jī)。

  那么,在現(xiàn)實(shí)中,太陽最終會(huì)對(duì)地球造成致命一擊嗎?地球會(huì)隨著太陽一起衰亡嗎?行星發(fā)動(dòng)機(jī)是否真的能推動(dòng)地球去“流浪”?為此,科技日?qǐng)?bào)記者采訪了《流浪地球2》的多位科學(xué)顧問、專家學(xué)者,一起解讀有關(guān)“流浪地球”的硬核科學(xué)。

  若太陽走向終結(jié),地球能否幸免于難?

  太陽危機(jī)初現(xiàn),人類攜手迎難而上……《流浪地球2》展現(xiàn)的未來圖景,殘酷卻又激蕩人心。

  太陽這個(gè)距離地球約1.5億公里的巨大“火球”,是太陽系中最大的天體。大約在46億年前,太陽在距離銀河系中心約2.6萬光年處,由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而成。

  目前,太陽正處于壯年期,在天文上被稱為主序星階段,這個(gè)階段大約會(huì)持續(xù)100億年。它為地球帶來了光明與能量,是生命起源必不可少的因素。但太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等也時(shí)常對(duì)人類生產(chǎn)生活造成破壞。

  然而,太陽最終會(huì)老去,《流浪地球2》的緣起,便是太陽的急速膨脹老化。

  在銀河系里,90%以上的恒星最終都會(huì)演化成白矮星。在它們的演化末期,會(huì)吞噬其附近軌道的行星。作為一顆“普普通通”的恒星,太陽的歸宿也是白矮星。這是否意味著,太陽周圍包括地球在內(nèi)的行星注定也將被吞噬?

  “如果行星距離恒星的位置比較近,則被恒星吞噬的可能性很大。”《流浪地球2》科學(xué)顧問、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員茍利軍告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

  不過,“被吞噬”并非行星唯一的歸宿。太陽最后會(huì)經(jīng)歷一次行星狀星云的爆發(fā),變?yōu)橐活w白矮星。在白矮星的周圍,原有的行星也是有可能存在的。

  隨著人類觀測(cè)手段的提高,天文學(xué)家也的確在白矮星周圍發(fā)現(xiàn)了一些圍繞白矮星運(yùn)行的行星。

  2020年9月16日,國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》刊文稱,美國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次公布了一顆木星大小的行星圍繞白矮星旋轉(zhuǎn)的證據(jù)。此外,2022年2月,英國天文學(xué)家發(fā)現(xiàn),距地球117光年的一顆編號(hào)為WD1054-226的白矮星附近的“宜居”地帶,也可能存在著一顆行星。

  地球是否可以逃離,躲避“太陽危機(jī)”?

  2078年,地球?qū)⒃庥鎏枴昂らW”危機(jī),是電影中人類決定“流浪”的關(guān)鍵。

  氦閃是太陽演化的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是地球接受太陽“烤問”的生死時(shí)刻。

  “太陽之所以會(huì)發(fā)光,是因?yàn)樘柡诵恼诎l(fā)生核反應(yīng),那里的氫通過聚變合成氦,這個(gè)過程會(huì)逐漸消耗氫,繼而導(dǎo)致太陽核心的坍縮。同時(shí),太陽核心之外的包層在高壓強(qiáng)下發(fā)生膨脹?!蹦暇┐髮W(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授陳鵬飛告訴記者,“當(dāng)以氦為主要成分的太陽核心逐漸收縮時(shí),其溫度也越來越高。當(dāng)溫度達(dá)到約1億攝氏度時(shí),氦會(huì)被點(diǎn)燃,大量的氦在幾分鐘內(nèi)完成聚變反應(yīng),釋放的能量很巨大,發(fā)出的光會(huì)猛然增加約50倍,這個(gè)過程就是氦閃。”

  再過50多億年,太陽演變?yōu)榧t巨星后,其表面溫度可能會(huì)從現(xiàn)在的5700多攝氏度降為約3000攝氏度,屆時(shí)太陽核心的氫將消耗殆盡?!读骼说厍?》科學(xué)顧問、中國科學(xué)院物理所研究員梁文杰說:“氦閃通常會(huì)發(fā)生在紅巨星演化末期。紅巨星階段,太陽已經(jīng)膨脹到地球軌道,而且表面溫度達(dá)到約3000攝氏度,而地球巖石的熔化溫度在2000攝氏度以下。因此,無論是紅巨星階段的溫度變化,還是突然爆發(fā)的氦閃,都會(huì)讓地球熔化?!?/p>

  如果50多億年后,地球生存危機(jī)在所難免,那么是否可以在太陽的“膨脹期”提前避其鋒芒,改變軌道另尋去處,待氦閃等危機(jī)解除后,再重返原來的地球軌道?

  梁文杰認(rèn)為,即使太陽危機(jī)解除后重返原來的地球軌道,對(duì)于地球來說,可能意義也不大了,“因?yàn)槟菚r(shí)的太陽已經(jīng)進(jìn)入衰老期,它提供的熱量應(yīng)該無法維持地球生命的生存了。太陽系中的木星、土星、天王星、海王星,由于距離太陽較遠(yuǎn),均為冰凍星球,星球溫度在零下一二百攝氏度。屆時(shí)地球如果還想回到太陽周圍獲取能量,就要不斷修正軌道,逼近太陽,但最終太陽這個(gè)‘大火球’還是會(huì)‘熄滅’的。”

  “就算暫時(shí)‘離家出走’再重返家園是可行的。可地球需要先加速離開原有軌道后再減速,速度調(diào)節(jié)的過程會(huì)很漫長(zhǎng),而且這會(huì)消耗地球上巨大的能量,工程浩大。更何況,重返地球目前的軌道、逼近太陽的過程,也存在風(fēng)險(xiǎn)。”梁文杰說。

  而如果放棄太陽,尋找其他恒星,也將面臨更大挑戰(zhàn)。茍利軍認(rèn)為,假如地球另擇宇宙“棲息地”,選擇新的恒星環(huán)繞運(yùn)行,就意味著要“適應(yīng)”一個(gè)新的行星軌道,那么進(jìn)入軌道的速度、方向、能量等都需要精準(zhǔn)測(cè)算,人類現(xiàn)有的技術(shù)在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)行星級(jí)天體的入軌。

  核聚變會(huì)是更好的“流浪”方案嗎?

  影片中,人類試圖通過移山計(jì)劃、方舟計(jì)劃、逐月計(jì)劃、數(shù)字生命計(jì)劃在末日來臨時(shí)尋找生機(jī)。最終,上萬座巨大的行星發(fā)動(dòng)機(jī),成為推動(dòng)地球開啟“流浪之旅”的希望。

  梁文杰為影片中的行星發(fā)動(dòng)機(jī)、月球發(fā)動(dòng)機(jī)、逐月計(jì)劃的物理效應(yīng)以及月亮爆炸方式等內(nèi)容提供過建議,他表示:“從藝術(shù)上來說,影片中的地球‘流浪’方式是一個(gè)偉大的想象,但從目前的科學(xué)水平來說還很難實(shí)現(xiàn)?!?/p>

  梁文杰解釋:“地球本身不是一塊堅(jiān)硬的石頭,地殼下40—70公里處是熔巖,有點(diǎn)類似于雞蛋的結(jié)構(gòu)。如果想驅(qū)動(dòng)1萬多座發(fā)動(dòng)機(jī),僅耗時(shí)百年來推動(dòng)地球‘行走’,發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)地球產(chǎn)生的壓力,是地球承擔(dān)不起的,會(huì)把‘雞蛋’的殼擊碎。而如果發(fā)動(dòng)機(jī)緩慢加速逐漸達(dá)到最大功率,那地球‘流浪’的時(shí)間將更長(zhǎng),甚至要成千上萬年的時(shí)間。在‘流浪’期間,地球會(huì)發(fā)生什么、遭遇什么,人類文明又將經(jīng)歷什么,都很難預(yù)料。”

  “但如果考慮能源供給方式,受控核聚變很值得期待,雖然現(xiàn)在還面臨很大的技術(shù)挑戰(zhàn)?!绷何慕芙榻B,核聚變是在高溫情況下,讓兩個(gè)原子核相互碰撞,最終結(jié)合,生成一個(gè)新的原子核,其間能釋放巨大的能量。這其中的關(guān)鍵是要將核聚變產(chǎn)生的能量長(zhǎng)期、持續(xù)地向外穩(wěn)定輸出,要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)目前還需要攻克很多技術(shù)難題。

  不過,即便氫的核聚變最終能夠?qū)崿F(xiàn),可以為人類提供大量能源,但核聚變所需要的重要原料氘、氚,在地球海水中的豐度較低,核聚變?cè)虾?3的儲(chǔ)量也異常稀少。因此,以目前人類擁有的資源總量來看,核聚變的能量還是不足以推動(dòng)地球離開太陽系。

  那么,是否可以像《流浪地球2》中那樣“燒石頭”,通過重核聚變獲取能量呢?梁文杰表示,重核聚變指的是采用硅、氧等比較重的元素作為聚變?cè)汐@得核能。相較于以氘、氚、氦-3為原料的輕核聚變,重核聚變獲得聚變能的效率很低。雖然硅和氧元素在地殼中的比例較大,但為了克服重元素原子核之間巨大的靜電斥力,使它們產(chǎn)生核聚變反應(yīng),需要更高的溫度和更強(qiáng)的壓力,反應(yīng)溫度甚至需達(dá)幾十億攝氏度,這極大地挑戰(zhàn)著目前人類的科技能力。

  延伸閱讀

  宇宙中是否有流浪行星?

  如果有一天,地球不得不踏上“流浪”之旅,是否能在茫茫宇宙中遇到“同病相憐”的天體?

  《流浪地球2》科學(xué)顧問、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員茍利軍介紹,在宇宙中,有一類不環(huán)繞任何恒星公轉(zhuǎn)的行星,即流浪行星。目前,人類已經(jīng)探測(cè)到約100顆流浪行星,體積較大的約為木星的十幾倍,較小的則接近地球。

  “根據(jù)現(xiàn)在的了解,流浪行星產(chǎn)生的方式可能有兩種:一種是它們本身形成的時(shí)候就只有行星本身。而另外一種可能性,就是該行星是從恒星系統(tǒng)當(dāng)中被‘拋射’出來的?!逼埨娕e例,如果一顆較大的恒星在太陽系附近,就有可能在引力的作用下,使太陽系最外側(cè)的行星偏離原有軌道,并最終脫離太陽系。

  《流浪地球2》科學(xué)顧問、中國科學(xué)院物理所研究員梁文杰則提供了另一種假設(shè):大的恒星在演化末期會(huì)經(jīng)歷一次劇烈爆炸,即超新星爆發(fā),并拋射出大量的星際物質(zhì)。“恒星附近的行星就可能在此時(shí)被拋出原有的軌道,變成一顆顆流浪行星。”

  近年來,隨著觀測(cè)技術(shù)的提高,流浪行星不斷被人類發(fā)現(xiàn)。2018年8月,美國科學(xué)家證實(shí),一顆質(zhì)量約為木星12倍的行星在距離地球約20光年的地方獨(dú)自流浪,并不依附于任何恒星,是使用射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的首顆流浪行星。

  2020年,美國和波蘭天文學(xué)家在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》撰文指出,他們借助微引力透鏡,可能發(fā)現(xiàn)了迄今已知最小的流浪行星,其“體重”約為地球的10%。

  “流浪行星不發(fā)光,所以很難被探測(cè)到,它們被發(fā)現(xiàn)往往緣于一個(gè)偶發(fā)事件,所以被探測(cè)器關(guān)注的時(shí)間非常短暫,這也導(dǎo)致了目前人們對(duì)流浪行星的研究十分有限?!逼埨姳硎荆鶕?jù)目前人類的技術(shù)水平,尚無法判斷流浪行星上是否有生命。

  梁文杰分析,生命的存在除了需要構(gòu)成生命體的元素,例如氨基酸、碳、氫等物質(zhì),還需要適宜的溫度?!坝钪娴难莼袝r(shí)會(huì)將一些有機(jī)物拋射到星體上,而有機(jī)物存活,需要適宜的溫度。流浪行星不發(fā)熱,也沒有恒星為其提供熱量,所以會(huì)不斷降溫,直至降低到宇宙最低溫度,這樣的低溫是很難孕育生命的?!绷何慕苷f。

(責(zé)編:陳濛濛)

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