云檀,《漂泊地球》里的科学奥妙,里美尤利娅

实际中,“漂泊地球”真的或许发作吗?明知接近木星有风险,为什么地球还要走这条路?

带着种种疑问和考虑,让咱们一同恶补,一起走进科学的微妙!

“氦闪”是什么现象?

太阳会不会熄火?

从恒星的演化规则上来讲,太阳是会有熄火的那一天,不过是在悠远的50亿年之后。简略来讲,当太阳中心中的氢焚烧殆尽,云檀,《漂泊地球》里的科学微妙,里美尤利娅生成的氦元素在引力的效果下坍缩,开释的能量进一步升高温度,点着中心周围的氢壳层,然后太阳敏捷网球比分胀大,成为一颗红巨星。

有理论以为,太阳演化生成的红巨星十分巨大,最远能够胀大到地球轨迹。这样,水星、金星和地球都会逐步坠入太阳而消灭。其实,早在太阳隆重游戏吞噬掉地球之前,地球上的海洋早已被胀大的红巨星烤干,生命不复存在。

图注:太阳从诞生到胀大为红巨星的进程。

氦闪是发作在云檀,《漂泊地球》里的科学微妙,里美尤利娅质量介于0.5倍到2倍太阳质量的恒星演化晚期。傍边心处的氢焚烧殆尽,构成的氦堆积在中心处,氦不断堆集自我紧缩,密度添加到必定程度构成“简并态”,处于简并态的物质靠简并压(一种量子力学效应)支撑着本身重力,而非靠热压力支撑。中心处的氦的自我紧缩,还会让温度升高,但是简并态物质有一个古怪的特性:温度升高并不会导致其发作热胀大,也就不会吸收热量,并且简并态物质的热传导性十分好,当温度一路飙升至1亿度时,氦就受不了了,发作强烈的热核焚烧,短短几分钟就把中心6%的氦元素变成碳元素。关于太阳质量的恒星来讲,氦闪开释的能量适当于太full阳焚烧3000万年。

但是,据核算,如此巨大的能量并不会对红巨星的外观构成什么可观测的影响,因为这种能量开释发作在恒星的深处,巨大的能量开释让热压力超越云檀,《漂泊地球》里的科学微妙,里美尤利娅简并压,中心物质脱离简并态而胀大,大部分能量都耗费在驱动中心物质胀大傍边,剩下的少部分能量被厚厚的外壳吸收。实际上,并不会发作电影中看到的剧烈现象。

简略总结一下氦闪的进程:氢燃巨棒烧变成的氦物质堆积在太阳中心,中心的物质越来越多,然后发作缩短温度升高,但中心的物质处于简并态,温度的升高并不能使其主动马玺清中止缩短,温度会越来越高,当跨过1亿度的门槛时,就发作了强烈的爆破式氦焚烧,数分钟内就把能够焚烧的氦变成了碳。但氦闪开释的能量都被太阳本身吸收,外表竟然看不出内部发作了什么。

质量小于0.5倍太阳的恒星没有满足的韩语字母表才干发作氦闪,而质量大于2倍太阳的恒星,发作的是安稳的、温顺的氦焚烧,无需发作氦闪。猎户座中大名鼎鼎的“参宿四”便是一颗质量是太阳10倍的红巨星,中心正在发作氦平稳焚烧变成碳的进程。关于恒星的演化而言,质量简直决议全部,当然还要考虑其金属丰度。

图注:坐落猎户座之肩的参宿四,这是一颗中心正在焚烧氦的红巨星。假如把这颗恒星放在太阳的方位,外表乃至能够触达木星轨迹。

为什么要去木星?

故事布景是这样的:太阳急速老化,不断胀大,太阳系现已不适宜人类生计,所以人类为自己选了一个新的家乡——比邻星(半人马座三星)。

比邻星同太阳相同,都是恒星,但质量只要太阳的八分之一

地球是个庞然大物,半径6371公里,重达59万亿亿吨。但人类造出了相同巨大的行星发起机,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)。

但这个速度还远远不够。比邻星(半人马座三星)间隔地球4.3光年,假如依照逃逸速度飞行,需求7.7万年才干抵达,这真实是云檀,《漂泊地球》里的科学微妙,里美尤利娅太漫长了!

即便行星发起机持续加快,抵达光速的百分之一依然不行行。所以人类想到了凭仗木星的“引力弹弓”,令地球零耗费改变方向、提高速度,最终抵达比邻星。

那为什么行星发起机不能加快到百分之一光速呢?这是因为行星发起机的能量来自“重元素聚变”。

重元云檀,《漂泊地球》里的科学微妙,里美尤利娅素聚变有什么约束?

所谓重元素聚变并不是什么稀罕玩意儿。在世界深处有不少恒星“巨无霸”,内部就在进行着重元素聚变。

重元素聚变的质能转化功率是适当低的。最达观估量,地球要抵达逃逸速度,也有必要烧掉7亿亿吨的石头,适当于把全球的地上挖掉40米做为燃料;要抵达光速的百分之一,则有必要削去地壳的一半。

假如无法靠自sketchbook己的力气推进地球,那就凭仗精巧的轨迹核算,使用地理标准的力气——万有引力。所以人类将目光投向木星。

木星深深打破exo的引力弹弓是怎样回事?

航天中存在引力弹弓现象,使用它,能够令航天器零耗费低改变方向、提高速度,送达方针轨迹。

引力弹弓一般发作在一对分量相差悬殊的天体之间。这儿咱们用木星(红色球)和地球(蓝色球)举个比如,如图a和图b所示。

地球以速度V接近木星,而木星在轨迹上以速度U运转↓↓↓

图a:引力弹弓的示意图

满足接近后,地球被木星引力捉住,牵引,高雅地转体半周,然后像掷铁饼那样甩出去独善其身↓↓↓

图b:引力弹弓的示意图

感谢木星甘当人梯的奉献精神,地球获得了木星的轨迹速度U,叠加上原有的速度V,速度添加到了U+V。地球的速度和能量都添加了,却没有耗费任何燃料,就奔着新家乡去了。

但假如变轨时离一颗巨行星太近的话,这趟“观光旅行”可就要不怎样愉快了。

接近木星时,发起机为何大批熄火?

当地球接近木星时,人类忽然遭受了巨大危机:数千台行星发起机毛病熄火了,全球地震,火山迸发,岩浆吞没了地下城……

图中红真实阅历线部分为长城

为什么几千台发起时机一起熄火呢?为什么地震、火山都赶在这个时分来凑热闹呢?这全部灾祸的本源是“洛希极限”,简略说便是地球离木星太近了,太近会发作什么呢?

超越洛希极限会发作什么呢?

洛希极限(Roche limit)是地理学中的一个特别的间隔。当两个天体的间隔少于洛希极限时,它们就倾向于被“潮十三香汐力”撕碎。

计大藏国算标明,地球和木星的间隔假如低于1下载优酷0.3万公里,那么大气就会在潮汐力的效果下脱离地球;假如间隔低于7.44万公里,那整个地球都会被撕碎。

潮汐力有多可怕,咱们拿一个茶壶和茶杯举比如:

图c:用来演示潮汐力的茶杯

咱们在杯壁顶部倒一些水,让它在重力效果下向着杯底滑落。越接近杯底,水滴会越拉越长,最终被拉扯到了撕裂的极限。这个极限就能够被以为是这个茶杯对水滴的“洛希极限”。

木星的引力场,实际上便是这样一个“茶杯”。地球尺度很大,当它接近木星时,离木星较近一侧遭到的引力,将比较远一侧大得多,因而会像水滴相同被逐步撕裂。

《漂泊地球》电影中,地球现已抵达了地木“流体洛希极限”(地木间隔10.3万公里)。在此处,液体和气体不再能被地球引力捆绑,而倾向于逃逸;而岩石还牵强能凭仗本身的硬度坚持一瞬间↓↓↓

图d:地木流体洛希极限模仿(二维简化模型)

再接近木星一点,地球将进入地木“刚体洛希极限”(地木间隔约7.44万公里)。在此处,就连坚固的岩石都会被引力差撕碎,地球将完全崩溃↓↓↓

图e:地木刚体洛希极限模仿(青岛地图二维简化模型)

能够幻想《漂泊地球》中,人类面对的是怎样的应战:太接近木星不行,那样会被潮汐力撕碎;太远离木星也不行,那样无法凭仗引力弹弓变轨。

漂泊地球的目的地——比邻星

稍有地理知识的人都知道,间隔太阳系最近的恒星是“比邻星”,只要4.2光年,4.2光年关于咱们来说也是巨大的空间标准了,要知道1光年大约等于9.5万亿公里。

图注:该图描绘了比邻星恒星体系中三颗恒星的联系,及在比邻星周围发现的一颗行星。

比证帝诸天邻星地点的恒星体系其实是包含了三颗恒星。三颗恒星肉眼是无法分隔的,看起来就像是一颗恒星。因为这三颗星是半人马座最亮的星点,因而称为“半人马座”星。半人马座星是由两颗太阳巨细的恒星彼此环绕公转,外加一颗相对间隔较远的“比邻星”组成。这个恒星体系也是刘慈欣《三体》小说的切入点。实际上,这样的三体体系是安稳的,不会呈现《三体》中所描绘的“恒纪元”和“乱纪元”。

在2016年,欧洲南边露台发现一颗行星环绕比邻星公转,该行星间隔比邻星约0.05个地理单位(750万公里),质量适当于地球的1.3倍。令人兴奋的是,该行星或许处于比邻星的宜居带上。“宜居带”是指行星间隔恒星远近适宜的区域,在这一区域内,恒星传递给行星的热量适中,既不会太热也不太冷,能够保持液态水的存在。但因为比邻星是一颗红云檀,《漂泊地球》里的科学微妙,里美尤利娅矮星,能量输出不太安稳,常常有大的迸发现象,或许并不适宜生命在其周围生计。

比邻星一直是人类想象的星际飞行的首选目的地

2016年4月12日,闻名的俄罗斯投资人尤里米尔纳宣告了“打破摄星方案”。霍金还亲临现场为该方案站台助威。

图注:“打破摄星”方案的光帆飞行器需求伊利微弱的地云檀,《漂泊地球》里的科学微妙,里美尤利娅面激光阵列供能。

该方案想象在地上上建造激光阵列,然后使用激光发作的光压推进极薄、极轻的光帆高速行进,在200万千米的间隔上完结加快进程,并使光帆的速度抵达光速的20%!以这样的高速奔向离太阳系最近的比邻星地点的恒星体系仅需20年。

光帆带着一个厘米巨细的芯片,小小的芯片上面集成有核电池、微处理器、导vivi航体系、通讯体系、以及高清相机等等,真可谓是“麻雀虽小,五脏俱全”,是一枚真实的勘探器。为了节省加快能量,光帆和芯片的质量约束在克量级。光帆和微芯片的组合体能够成群地运转在地球轨迹上,等候激光阵列的加快一个个奔向深空。

当然,这个急进的想象给当时人类的科技水平提出了很大的应战!激光器的接连输出功率要求为100吉瓦(1亿千瓦),适当于五个三峡水电站的输出功率。这样强壮的激光对光帆来说简直是噩梦,在承受极大光压的一起,还要承受极高的温度。抵达方针后,微芯片勘探器想要把信息发回4.2光年之遥的地球并接纳难度极大,因为芯片的发射功率真实有限。

世界中还真有漂泊行星

从电影回到实际中,科学家还真发现世界中有漂泊行星(Rogue planets),这样的行星不隶属于任何恒星。年头,清华大学毛淑德教授承受采访时表明,能够使用“微引力透镜法”勘探漂泊行星。简略来说,微引力透镜是指当有不知道天体通过布景恒星时,天体的时空曲折效应就会忽然增亮布景恒星的亮度。

漂泊行星的构成有多种原因,质量较大的或许是像恒星那样独立构成的,例如有许多行星的质量现已迫临褐矮星的程度。胡巴有些或许是中心恒星发作超新星爆破,行星被冲击到世界空间。

还有一些或许是在恒星体系构成的进程中,被其他行星的引力彼此效果抛出去的。自从牛顿发现万有引力定律解说了行星运动以来,科学家就发现,因为恒星体系是多体彼此效果,其实是一个混沌体系,长时间来看运动是不行猜测的,有一种可宝物我认栽老婆禁绝离婚能便是某颗行星会被抛出太阳系。

还有一种更精彩的状况,当恒星被黑洞吞噬的时分,其带着的行星有或许被抛射出去,构成速度极快的漂泊行星。

更脑洞的状况便是大刘描绘的被高级才智生命驱动,在世界中寻觅寻觅适宜家乡的漂泊行星。

(来历:眺望智库)