重庆元素+科幻情节，刘慈欣、吴京带你看懂《流浪地球》里的科学奥秘
生活不像想象的那么好
生活不像想象的那么糟
春节档票房大战正如火如荼，硬核科幻电影《流浪地球》凭借良好口碑在第三天实现逆袭，登顶单日票房冠军。截至2月7日21：30，《流浪地球》票房已达7.87亿元，仅次于《疯狂的外星人》的9.19亿元。猫眼电影的预测数据显示，《流浪地球》的票房可达50.99亿元，而《疯狂的外星人》票房可达24亿元。
这部由刘慈欣小说《流浪地球》改编的同名电影，历时4年与观众见面，仿佛让人等了几个世纪之久，这也意味着中国科幻电影正式起航！
本片除刘慈欣监制以外，更有吴京、李光洁、吴孟达等强大演员阵容助阵。被誉为当代中国科幻“四大天王”之一的作家韩松撰文：“好多人都看哭了”。
金马影帝、十亿票房担当的徐峥直接给出了最高评价——
显然，为了打造中国第一部真正的硬科幻电影，剧组做了大量的功课，整部电影对太空、航天、机械等有着丰富的表现。无论你是不是科幻迷，这都是一部值得二刷三刷的电影！
重庆元素+科幻情节
“我要两张最近场次的《流浪地球》。没得位置了？下一场是几点？”春节期间，科幻电影《流浪地球》在渝热映，这样的对白经常出现在重庆各大电影院的前台。
2月7日，大年初三，重庆日报记者在主城区几家电影院走访时发现，观看《流浪地球》的市民如没提前上网订票，几乎很难在现场买到理想座席。
为何电影《流浪地球》会受到众多市民追捧？该小说作者，电影《流浪地球》监制刘慈欣认为，除电影本身质量较高外，更重要的是重庆市民可以从电影之中找到“归属感”。
“作为一部中国背景的科幻电影，《流浪地球》团队在创作这部电影时加入了一些重庆元素。”刘慈欣透露，例如影片中有一句“要到重庆吃火锅”的台词，缘于主创团队原本打算以重庆为影片中的地下城原型。而影片所反映的中国人对于故土的深厚情感等元素则与重庆人的个性暗合，自然能让重庆观众产生“归属感”。
△电影《流浪地球》海报。受访者供图
重庆籍知名科幻作家韩松说，重庆这座城市本身就自带“科幻元素”，夜幕下层次分明江岸灯火，高山峡谷，天坑地缝，充满魔幻的交通网络，以及重庆对人工智能，大数据的重视等，都让这座城具备了拍摄科幻大片的潜质。也可以说，重庆人骨子里就有“科幻基因”。他认为，只要对这些元素进行合理运用，自然能吸引更多著名导演、投资者来重庆拍摄科幻电影。
“重庆在科幻作品的创作、研究乃至教育方面都有不少突破。”韩松说，以创作为例，重庆近年来就涌现了女作家拉拉，小学教师萧星寒（创作出引发轰动的《终极失控》），全球华语科幻星云奖发起人董仁威等一大批在国内科幻文学界颇具影响力的科幻作家，而随着2018科幻高峰论坛暨第九届全球华语科幻星云奖颁奖典礼在重庆的举行，更是为重庆科幻产业发展提供了很好的展示平台。他认为，遵循市场规律，利用好科幻产业带来的发展热潮，一定会对重庆科幻作品创作起到促进作用。
接下来一起恶补，共同走进科学的奥秘
硬科幻的魅力是什么？大概就是能跳出故事本身，让我们对生活产生不一样的思考。现实中，“流浪地球”真的可能发生吗？明知靠近木星有危险，为什么地球还要走这条路？
带着种种疑问和思考，让我们一起恶补，共同走进科学的奥秘！
故事背景是这样的：太阳急速老化，不断膨胀，太阳系已经不适合人类生存，于是人类为自己选了一个新的家园——比邻星（半人马座三星）。
比邻星同太阳一样，都是恒星，但质量只有太阳的八分之一
地球是个庞然大物，半径6371公里，重达59万亿亿吨。但人类造出了同样庞大的行星发动机，足以在5年左右将地球推进到逃逸速度（脱离太阳引力的最低速度）。
行星发动机示意图
但这个速度还远远不够。比邻星（半人马座三星）距离地球4.3光年，如果按照逃逸速度航行，需要7.7万年才能抵达，这实在是太漫长了！
即使行星发动机继续加速，达到光速的百分之一仍然不可行。于是人类想到了借助木星的“引力弹弓”，令地球零消耗改变方向、提升速度，最后到达比邻星。
那为什么行星发动机不能加速到百分之一光速呢？这是因为行星发动机的能量来自“重元素聚变”。
所谓重元素聚变并不是什么稀奇玩意儿。在宇宙深处有不少恒星“巨无霸”，内部就在进行着重元素聚变。
重元素聚变的质能转换效率是相当低的。最乐观估计，地球要达到逃逸速度，也必须烧掉7亿亿吨的石头，相当于把全球的地面挖掉40米做为燃料；要达到光速的百分之一，则必须削去地壳的一半。
如果无法靠自己的力量推动地球，那就借助精巧的轨道计算，利用天文尺度的力量——万有引力。于是人类将目光投向木星，这就是电影前半段上演的。
航天中存在引力弹弓现象，利用它，可以令航天器零消耗低改变方向、提升速度，送达目标轨道。
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靠近木星，而木星在轨道上以速度U运行↓↓↓
图 a 引力弹弓的示意图（图片来源：科普中国）
足够靠近后，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↓↓↓
图 b 引力弹弓的示意图（图片来源：科普中国）
感谢木星甘当人梯的奉献精神，地球获得了木星的轨道速度U，叠加上原有的速度V，速度增加到了U+V。地球的速度和能量都增加了，却没有消耗任何燃料，就奔着新家园去了。
但如果变轨时离一颗巨行星太近的话，这趟“观光旅行”可就要不怎么愉快了。
当地球靠近木星时，人类突然遭遇了巨大危机：数千台行星发动机故障熄火了，全球地震，火山爆发，岩浆吞没了地下城……
图中红线部分为长城
为什么几千台发动机会同时熄火呢？为什么地震、火山都赶在这个时候来凑热闹呢？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？
洛希极限（Roche limit）是天文学中的一个特殊的距离。当两个天体的距离少于洛希极限时，它们就倾向于被“潮汐力”撕碎。
计算表明，地球和木星的距离如果低于10.3万公里，那么大气就会在潮汐力的作用下脱离地球；如果距离低于7.44万公里，那整个地球都会被撕碎。
潮汐力有多可怕，我们拿一个茶壶和茶杯举例子：
图 c 用来演示潮汐力的茶杯（图片来源：科普中国）
我们在杯壁顶部倒一些水，让它在重力作用下向着杯底滑落。越靠近杯底，水滴会越拉越长，最后被拉扯到了撕裂的极限。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，实际上就是这样一个“茶杯”。地球尺寸很大，当它靠近木星时，离木星较近一侧受到的引力，将比较远一侧大得多，因此会像水滴一样被逐渐撕裂。
《流浪地球》电影中，地球已经到达了地木“流体洛希极限”（地木距离10.3万公里）。在此处，液体和气体不再能被地球引力束缚，而倾向于逃逸；而岩石还勉强能凭借自身的硬度坚持一会儿↓↓↓
图 d 地木流体洛希极限模拟（二维简化模型，图片来源：科普中国）
再靠近木星一点，地球将进入地木“刚体洛希极限”（地木距离约7.44万公里）。在此处，就连坚硬的岩石都会被引力差撕碎，地球将彻底解体↓↓↓
图 e 地木刚体洛希极限模拟（二维简化模型，图片来源：科普中国）
可以想象《流浪地球》中，人类面临的是怎样的绝望了。太靠近木星不行，那样会被潮汐力撕碎；太远离木星也不行，那样无法借助引力弹弓变轨……
限于时间和篇幅，在此只能对《流浪地球》中两个关键情节的科学背景进行讨论。实际上电影中涉及的科学知识非常多，设定详实，且高度融入剧情。
最重要的是，它们引出了很多值得思考的问题。从这个角度看，一部好的科幻电影真的能开启观众、尤其是孩子们的想象力与求知欲。好的科幻作品，尤其是硬科幻，对于科学是有比较强烈的指向意义。
在春节之际看到这样一部国产科幻电影，娱乐之余，还能传递科学知识与科学精神。
让我们一起为中国科幻点赞！
本文专家：木辛君，清华大学航天航空学院工程力学系在读博士，中国科幻银河奖/星云奖获奖作者
本文审核：刘慈欣，高级工程师，科幻作家，中国作协会员，小说《流浪地球》作者、电影监制编辑/曈酱
来源/每日经济新闻
图/网络
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