? ? ? ? 大年初一，根據劉慈欣的小說《流浪地球》改編的同名電影《流浪地球》在全國上映。我第一時間慕名到電影院去觀看了影片。整部電影氣勢恢宏，講述了太陽將變成紅巨星，人類驅動地球逃離太陽系的故事。
? ? ? ? 從恒星的演化規律上來講，太陽是會有熄火的那一天，不過是在遙遠的50億年之后。簡單來講，當太陽核心中的氫燃燒殆盡，生成的氦元素在引力的作用下坍縮，釋放的能量進一步升高溫度，點燃核心周圍的氫殼層，然后太陽迅速膨脹，成為一顆紅巨星。
? ? ? 有理論認為，太陽演化生成的紅巨星非常巨大，最遠能夠膨脹到地球軌道。這樣，水星、金星和地球都會逐漸墜入太陽而毀滅。其實，早在太陽吞噬掉地球之前，地球上的海洋早已被膨脹的紅巨星烤干，生命不復存在。
圖注：當太陽變成紅巨星時的樣子
“氦閃”是什么現象？
? ? ? ? 電影中還提到一個天體物理學中的名詞氦閃，我們再來具體介紹一下。
? ? ? ? 氦閃是發生在質量介于0.5倍到2倍太陽質量的恒星演化末期。當核心處的氫燃燒殆盡，形成的氦堆積在核心處，氦不斷積累自我壓縮，密度增加到一定程度形成“簡并態”，處于簡并態的物質靠簡并壓（一種量子力學效應）支撐著自身重力，而非靠熱壓力支撐。核心處的氦的自我壓縮，還會讓溫度升高，然而簡并態物質有一個奇怪的特性：溫度升高并不會導致其發生熱膨脹，直到熱壓力再次超過簡并壓，而且簡并態物質的熱傳導性非常好，當溫度一路飆升至1億度時，氦就受不了了，發生猛烈的熱核燃燒，短短幾分鐘就把核心6%的氦元素變成碳元素。對于太陽質量的恒星來講，氦閃釋放的能量相當于太陽正常燃燒3000萬年。
? ? ? ? 然而，據計算，如此巨大的能量并不會對紅巨星的外觀造成什么可觀測的影響，因為這種能量釋放發生在恒星的深處，巨大的能量釋放讓熱壓力超過簡并壓，核心物質脫離簡并態而膨脹，大部分能量都耗費在驅動核心物質膨脹當中，剩余的少部分能量被厚厚的外殼吸收。實際上，并不會發生電影中看到的劇烈景象。
圖注：太陽從誕生到膨脹為紅巨星的過程。
移動地球有多難？
? ? ? ? 影片中，為了能夠移動地球，設定了萬臺超級聚變發動機，每座11公里高，總共能產生150萬億噸的推力，嚴格來講單位要用牛頓，換算一下，大約是150億億牛頓。地球的質量大約6億億億千克，利用牛頓第二定律，可很容易計算發動機推動地球的加速度大約等于0.000000025倍的地球表面重力加速度，猶如蜉蝣撼大樹，根本無法驅動地球脫離太陽。
? ? ? ? 劉慈欣也曾后悔說“當時沒有經驗，竟把地球發動機的具體參數全部詳細列出，詳細到可以很方便地直接計算地球得到的加速度，計算的結果是：發動機只能給地球零點（N多個零）幾的加速度，別說航行，改變軌道都不可能”。
地球為什么有被木星撕裂的危險？電影中反復提到的“洛希極限”是什么意思？
圖注：地球靠近巨大木星時，行星發動機噴出的等離子體火焰顯得非常纖弱無力。
? ? ? ? 影片中，當推動地球前進的行星發動機發生故障時，地球離木星越來越近，即便后來發動機恢復運轉，但仍然無濟于事，地球仍然在接近木星。地球人陷入了絕望之中，到了該吃吃該喝木星的潮汐力就會把地球撕碎！在千鈞一發時刻，人類靠點燃木星和地球氧氣混合氣體的方法，成功把地球推離危險軌道。
圖注：地球的部分大氣層已被木星的引力吸走。
? ? ? ? 在天體力學中，洛希極限又稱洛希半徑，最早由法國天文學家洛希提出，因此稱為洛希極限。我們就拿地球接近木星作為特例簡單說一下：地球的物質結合在一起的主要作用力是自身的重力，當地球靠近木星的時候，木星會對地球產生強烈的潮汐撕扯作用，當潮汐力超過地球自身物質的重力結合作用時，地球就會被撕裂。地球剛開始被撕裂時，離木星的距離就是洛希極限。
? ? ? ? 土星壯觀的光環就位于土星的洛希極限內，光環中的物質無法靠自身的引力聚合成較大的天體。實際上，土星環可能就是由土星的一顆天然衛星越過洛希極限被撕裂形成的。當然也可能是土星形成時剩余的物質。還有一個有趣的例子，火星的衛星“火衛一”早晚會進入火星的洛希極限內，被火星撕裂，形成圍繞火星的環狀系統。科學家估計這個時間大約只有3000萬年到5000萬年。
圖注：美麗的土星和光環系統。土星被比喻為“太空中的指環王”。
宇宙中還真有流浪行星
? ? ? ? 從電影回到現實中，科學家還真發現宇宙中有流浪行星（Rogue planets），這樣的行星不隸屬于任何恒星。今年年初，清華大學毛淑德教授接受我們采訪時就表示，可以利用“微引力透鏡法”探測流浪行星。簡單來說，微引力透鏡是指當有未知天體經過背景恒星時，天體的時空彎曲效應就會突然增亮背景恒星的亮度。
? ? ? ? 流浪行星的形成有多種原因，質量較大的可能是像恒星那樣獨立形成的，例如有很多行星的質量已經逼近褐矮星的程度。有些可能是中央恒星發生超新星爆炸，行星被沖擊到宇宙空間。
? ? ? ? 還有一些可能是在恒星系統形成的過程中，被其他行星的引力相互作用拋出去的。自從牛頓發現萬有引力定律解釋了行星運動以來，科學家就發現，由于恒星系統是多體相互作用，其實是一個混沌系統，長期來看運動是不可預測的，有一種可能就是某顆行星會被拋出太陽系。
? ? ? ? 還有一種更精彩的情況，當恒星被黑洞吞噬的時候，其攜帶的行星有可能被拋射出去，形成速度極快的流浪行星。
? ? ? ? 電影中還有一些其他的科學細節，就不一一解析了。這部小說的成功主要還在于故事情節，太陽變成紅巨星，人類帶著世世代代生存的家園一起逃離，本身就是一件非常浪漫的事情。
