五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】论流浪地球中月球和木星的正确打开方式 -- diamond

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家园 【原创】论流浪地球中月球和木星的正确打开方式 -- 有补充

《流浪地球》是一部想象力令人称奇的伟大作品,创造性地提出了将地球作为星际旅行的载体,不同于宙飞船方案,这是真正的站在了宇宙的视角思考问题,而不是像传统的科幻作品那样,简单地把宇宙看做地球的线性放大,把星际旅行当成航海的同类事物,把星系文明想作国际关系,来来回回无非是帝国和属地、殖民者和原住民那一套东西,著名如《基地》和《沙丘》,从《星球大战》到《阿凡达》,都脱不出这个窠臼。

一部科幻作品,想象力无疑是第一位的,其基本出发点可以是天马行空的设定,比如行星发动机,完全超出人类现有的科技水平。然后,接下来的剧情推演还是得遵守基本的科学原理。在这一方面,《流浪地球》就不免有些差强人意了,虽然原理基本上都没有什么问题,但具体的数字在量级上差得有些大,特别是电影版,点燃木星产生的冲击远远不足以对地球产生有意义的推动作用。因为在宇宙尺度上,哪怕渺小如地球,星球的动能是极为巨大,万有引力是统治一切的力量,核能比电磁能高几个数量级,燃烧的本质是电磁能转化为分子动能,参与燃烧的那一点点气体质量和速度和地球都根本没有可比性,质量自然不用多说,比较速度的话,地球的公转轨道速度是30km/s,而火药爆炸的冲击波速度是3km/s左右。退一万步说,如果这个冲击真的有用,地球也就没法保持完整了。

所以,如果说有一天太阳真的快要爆炸了,为了延续人类文明,哪怕发明了行星发动机,我们也得仔细制定流浪方案,宇宙中危机重重,必须步步小心。

出门之前先看地图,流浪之前让我们先看看周围宇宙环境,也就是太阳系是个什么样子的。太阳系大家庭的构成是:太阳居中,四个类地行星在里,以小行星带作为分割,另外四个气态大行星在外,一家人整整齐齐。说句题外话,冥王星之所以被开除出行星行列,一个可能的原因在于天文学家都有强迫症。

至于各位家人的体重和尺寸,那可就相差悬殊了。太阳占据全部质量的99.86%,木星占0.1%,土星占0.03%,其余0.01%,在这0.01%里,天王星和海王星又占去94%多,我们的地球不幸再次被统计进其余,不过好歹总算拿到3%,比剩下的金星、火星、水星、冥王星、小行星们加起来还多。这对人类而言是种幸运,否则地球上就只会进化出水生物种了。

然后再看各星身边,我们地球就十分幸运了,拥有一颗大得离谱的卫星——月球,直径是地球的1/4,质量达到地球的1.2%,和2008北京奥运会一样,属于“exceptional”级别的。不怕不识货,就怕货比货。和地球同类的行星,金星和水星根本没有卫星,火星倒是有两颗,都小得可怜,质量只有火星的十亿分之一量级。话说这二位都瘦脱形了,长得和土豆似的,看人家但凡有些质量的天体,那个不是圆圆润润的,如果参照冥王星的前例,这种东西就应该开除出卫星队伍,不然土星岂不是可以炫耀自己卫星成群,天王星也有话可说了。

说到气态大行星,无论以什么标准,它们的卫星都不少,数量上去了,但质量呢?木星拥有太阳系中最大的卫星——木卫三,质量是月球的两倍,但和木星自己比只有0.008%,其他三颗的情况也差不多,都在万分之一的水平。所以我们身边有这么大的卫星,是一种巨大的幸运。月球不但在过去的岁月里稳定地轴、抵挡流星,保证了生命的存在和文明的诞生,而且在未来的流浪地球中也能发挥不可替代的作用,绝不能像《流浪地球》中那样一抛了之,甚至干脆炸掉。

最后,让我们看看脚下的地球。我们的地球并非一个完整坚固的球体,“坚实的大地”仅仅是日常生活的体验,在宇宙尺度观察,我们的地球其实是一颗皮薄馅大的熔岩馅儿汤包,球体半径6400千米,但地壳平均只有17千米厚,相当于苹果肉和苹果皮的比例,还是个虫蛀过的,个别地方甚至干脆就是漏的。何况这层皮并非是铁板一块,大尺度上分成几个板块在熔岩球表面漂移和碰撞,引发各种地质灾难,小尺度看是也是一块块的碎石乃至砂砾拼凑而成的。地球内部的地幔是一团熔岩,不停活动的那种,地心是超长周期核裂变元素形成的热源,烧得岩浆在整个地球内部上下翻腾。所以从宇宙角度看,地球就好比一团晃晃悠悠的熔岩球,中心的火灶不停烧着,表面飘着一层散沙般的小石头,凹坑里面还盛满了水,我们就住在上面,恐怖如斯。有观点认为3.6亿年前的第二次生命大灭绝就是熔岩活动的异常变化而引发的,史称超级地幔柱事件,绝大部分原始物种都没能挺过来。

所以,针对地球的任何动作都必须轻微和缓慢,否则一个不小心就是皮破汤流的下场。《流浪地球》中的行星发动机方案在地球上是不可行的。足以推动地球变轨的力量作用在地壳的一个点上,这和拿锥子扎汤包没有区别,哪怕分散成一万个也不行。用地基分散压力也行不通,就算用黑科技材料,就算覆盖整个地球表面,也还是不行。因为地球内部不但是流体,而且密度分布不均匀。地壳的密度大约是2.8,地幔密度基本等于地球的5.5,地核都是重元素,密度估计应该在10以上。加速度作用之下,熔岩遭受挤压,流向改变、地核错位,由此会引发的地热和重力再分布,都是不折不扣的灭世级地质灾难,地核撞击地壳也说不定。何况真有如此材料的话,不如造飞船当逃亡派。

基于同样的理由,停止地球自转也是不可行的。转向发动机只能消除地壳的自转,里面的岩浆球还是转的,引发海啸都算是轻的,熔岩带动板块移动和碰撞,会造成火山大喷发和剧烈地震,地下城也无法幸免。那把地核也想办法停转行不行呢?答案仍然是否定的。地核的旋转是地球磁场的来源,一旦失去磁场的保护,带电的宇宙射线就会长驱直入,把地球表面彻底消毒。还有,自转的离心力使得地球不是完美球形的,而是赤道方向稍胖的扁球,自转消失的话,表面变回球形,这恐怕也是一场滔天巨灾。

行星发动机的另外一个问题是发热。用中学物理计算,物体的动能是1/2mV^2,代入地球的质量6E24kg,以及《流浪地球》设定的终极速度千分之五光速,也就是1500km/s,只计算地球的动能增量,除以加速时间500年,可知行星发动机的总有效功率是4.3E26W,平均每台4.3E21W。这个数值是什么概念呢,太阳的总输出功率是3.8E26W,还不如行星发动机高。而太阳照射到地球的总功率是1.7E17W,只有行星发动机的25亿分之一。考虑到以目前人类的物理学认识,没有任何机器的效率可以做到100%,所以行星发动机哪怕只有1亿分之一的能量变成废热散布到地球上,也将等价于25个太阳的烘烤效果,比后羿的时候可厉害多了。届时地球将不会是冰封世界,而是蒸汽天空下的熔岩地狱。再者说,如果有这样的发动机,何必流浪那么远找新太阳,随便哪里都可以安家,留一台自己照亮自己就够了,还不用全天开的那种。

行星发动机和飞机火箭一样,也是采用喷射推进的方式,这就需要抛射一定质量的物体,即工质,才能获得推力。如果说行星发动机的能量来源是重核聚变,也就是烧石头,那它的推进方式就是扔石头。这也是一个大问题。仍然是中学物理之动量守恒:地球如果想获得千分之五光速的速度,就必须以同样的速度反向喷出等于地球质量的工质,或者以十倍的速度喷出十分之一质量的工质,以此类推。喷射速度越高,越省工质,二者成反比。但高喷速更费能量,因为工质的动能正比于喷射速度的平方。于是问题就来了,到哪儿去找另一个地球,或者十分之一个地球呢?从地球表面挖是不可能够的。前面提到过,地壳是很薄的,把平均厚度、密度和地球的表面积5.1亿km^2相乘,可以得出地壳的质量是2.4E22kg,相当于地球质量的千分之四,皮薄馅大果然名不虚传。就这?即便不考虑广义相对论效应,也无视此时近乎0的能量效率,把它们全部以光速扔出去,也不足以把地球加速到千分之五光速,更不用提还有减速了。

这么说地球就没有办法逃离太阳氦闪了吗?天无绝人之路,行星发动机在手,地球的活路还是有的,关键就在于月球和木星,要用正确的方式打开它们。具体办法是:月球作工质兼牵引器,木星作掩体,行星发动机作人造太阳,维持地球生态不变,到木日第二拉格朗日点渡劫。这才是流浪地球的正确姿势。

先说工质问题。老天爷赏饭,辣么大的一颗月亮,质量是地球的1.2%,整个地壳的足足3倍,怎么舍得扔掉哦,作行星发动机的推进工质,它不香吗?俗话说,穷家富路。出门在外,宇宙航行什么最宝贵?质量!无论是烧石头,还是扔石头,都得有石头。与其挖脚下的,何不摘天上的。既然行星发动机已经造在月亮上了,烧月亮、扔月亮岂不胜过烧地球、扔地球,不用拆迁、不怕抗议,而且量大管饱,还不用担心发动机的尾流带走大气层。

和地球相比,在月球开动行星发动机的一个巨大优势在于,它的内部已经冷却凝固。引力潮汐的锁定作用使月球相对于地球的自转周期等于公转周期,一面始终面向地球,深色的玄武岩和浅色的长白石形成的样貌既没有摆动,也没有变化,陨石砸出大大小小的环形山不会消失,因为月球已经几十亿年没有过地质活动了。一句话,凉透了。所以在月球是开行星发动机,不用担心熔岩和板块问题,当然,基座还是必须的,推力也不能太大。毕竟月球本质上还是靠引力聚集的一团散沙,推进加速度应远远小于其自身的重力加速度,以免散架。

说了半天月球,那地球怎么才能动起来呢?利用月地引力。《流浪地球》中把月球对地球的引力当做一种干扰因素,在流浪地球之前先抛弃了月球,其实大可不必。月球环绕地球作圆周运动,引力等于向心力,二者实际上是在绕公共质心转动。如果行星发动机直接推动地球,不拿掉月球的话,实际运动的是地月联合系统,月球质量又够大,地球的中心和系统质心不重合,发动机合力指向系统质心的话,对地球是偏心的,地球受力不匀将会是一场灾难。如果合力指向地球中心,就会偏离地月的联合质心,由此形成的运动轨迹会比较复杂,也不是绝对不可以,就是操纵比较麻烦,所以原著中索性扔掉了月球。

其实月球还存在另外的打开方式。我们不妨换一种思路,地球上不采取任何动作,保持自转不变,而是用行星发动机消除月球的自转和公转,同时保持其高度不变,并且让月球处于地球公转轨道的前进方向上,行星发动机朝向地球喷射,但不是直接对准,而是各自稍微偏开,以免吹散大气层,通过对称设计让所有发动机的合力方向平行于地心和月心连线,大小等于月地引力,维持二者相对静止的状态。流浪地球,事就这样成了。

对地球而言,身上没有一台行星发动机,自转不变,相当于在月球的重力场中自由下落,加速度就是地球的前进加速度,方向和公转方向相同。随着地球速度的不断增加,轨道上升,逐渐远离太阳,实现流浪。这种情况下,月球的万有引力无处不在,均匀作用在每一块地球物质上,不论地壳还是地幔,抑或是地核,都具有相同的加速度,同步前进,彼此协调,各安其位,完全没有行星发动机直接推进所引起的种种问题。如果说有什么不同的话,那就是依距离月球的远近不同,引力加速度的大小和方向有细微的差异,这就是潮汐力,原本就存在的。由于月球轨道高度不变,潮汐力也不变,不同之处是周期略微缩短,以及和太阳合成的大潮消失。从地球历史来看,月球的运行周期本来就是变化的。月球对地球的引力引发潮汐,潮汐力的反作用力使月球加速,轨道升高,周期加长。古生物化石可以证明这一点,远古的一个月比现在的短得多,相应的潮汐力也大于当代的,所以这一点改变还不至于对生态圈造成太大影响。

总之,这种方案的最大好处就是保持地球生态环境不变,没有海啸,不用抽签进地下城,一天还是24小时,太阳每天照常升起(这里需要一点额外的技术工作,后面会谈到)。于是乎,马照跑,舞照跳,数字生命派住进量子计算机,飞船派想润就自己飞,没人举牌子“还我太阳”,和谐社会啊。

没有人的文明,固然毫无意义,而失去生态圈的地球,人类文明也无法独自存活。无论是《流浪地球》中的冰封地球,还是前面提到的熔岩地狱,一个动物和植物全部灭绝的地球,不可能是人类的家园。就算找到新的太阳,湖水或许可以解冻,但不再会有鲑鱼可钓了。生物圈的存在基础是完整的物种多样性,以及足够的种群数量,类似火种计划或者诺亚方舟那样,靠种子库的办法,不要说无法恢复生态圈,就连保存一个物种恐怕都难于实现,尤其是高等生物,比如大熊猫无论怎样尽心呵护,也无法避免遗传退化的问题。因此,流浪地球的难题不仅是保存人类文明,而且是维护地球生态。用月球引力作牵引,替代行星发动机直推,不失为一种解决办法。

不少科幻小说中提出了用“空间曲率”发动机进行星际旅行的概念,用某种装置扭曲时空,然后让飞船在弯曲时空中前进。实际上,装置了行星发动机的月球正是一台推动地球前进的空间曲率发动机,推(拉)的是行星,比飞船夸张多了。从广义相对论的角度理解,所谓万有引力,就是物质对时空的弯曲。在弯曲时空中,一个不受外力的物体做有加速度的自由落体运动,而不是平直时空中的匀速直线运动。伽利略的球处于被地球弯曲的时空中,初速度为零,是经典的自由落体。地球在被太阳弯曲的时空中,带着轨道速度转圈圈,也是种自由落体。被月球的引力场拉动的地球,也可以看作被月球质量弯曲的时空驱动前进,和传说中一样,采用了空间曲率推进技术。只不过月球本身还是采用传统的工质推进技术,由行星发动机推着加速往前飞。于是地球一直在下落,但永远不会真的落到月球上,只要行星发动机还在工作。

这里出现了一个巨大的风险:一旦月球发动机出了什么问题,地球就危险了。规避的办法有这么几个:一是增加发动机的冗余量,按时维护,轮流检修,互为备份;二是在月球相对地球的侧面安装转向发动机,除了调整航向之外,还可以紧急启动,在推进发动机停机的情况下,给月球一个水平速度,让它不至于直直撞向地球;三是给月球安排一个摄动轨道,不是相对静止于地球,而是绕着前进轴作转动,类似于飞机的筒滚动作,这样天然带一个水平速度,就算发动机全部停转,也不会直接撞向地球,而是进入一个大椭圆轨道,并且轨道保持在洛希极限之外,这样就还有挽回的余地;最后,也是最重要的一条,不要用人工智能操作发动机,否则什么措施都没用。另外,爆炸月球的核弹也最好事先放置好,密码早早解算好,引爆线统统连好,别什么事情都赶着最后的时间点才做,一个预案都没有,一点后手都不留,跟拍电影似的。

从可行性方面考虑,这种方案的能量消耗基本等于抛弃方案,只不过是把对月球的轨道加速改成减速。对于进行圆周运动的天体而言,其轨道动能等于将其推离到无穷远需要克服的引力势能,而潮汐锁定下自转速度很低,其角动能可以忽略不计,所以和原方案相比,这样并不会增加额外的消耗。

和原方案相比,用月球作牵引器还有一个好处,就是可以将月球当做盾牌,放在前面抵挡彗星和小行星的撞击,上面可以驻扎宇航员,还自带重力,挖洞住地下(月下)还可以避免宇宙辐射,比领航者号好用多了,特别是在穿越小行星带的时候。最大的小行星是谷神星,质量是9.3E20kg,比月亮小两个数量级,只要控制好角度和速度,完全可以拿月亮硬抗,顺便还能补充点质量消耗。路过火星是个问题。火星的质量是地球的十分之一强,月球的八倍多,内部也没什么地质活动了,可以考虑给火星也装上行星发动机,一起去流浪,万一月球不够烧,还能当后备。

这种方案的加速度等于月地引力加速度,将各自的质量和距离代入万有引力公式,可得数值为:0.033mm/s^2。看上去虽然很小,但宇宙航行,贵在持之以恒,一年下来速度增量是1km/s,这就比较可观了。原著的设定是用500年加速到千分之五光速,算下来也不过是每年3km/s的增量。

随着质量的消耗,月球需要降低高度以维持加速度,有必要的话也可以适当提高轨道以降低加速度,或者在保证潮汐力不太大的前提下降低轨道提高加速度,或者改变相对位置以调整加速度方向,具备很高的灵活性。极端情况下,甚至可以用恢复月球公转的办法实现停车。月球的轨道动能是3.8E28J,地球的是2.6E33J。与带着地球飞相比,月球停转和重启的能量消耗近乎忽略不计。

说了月球牌空间曲率发动机的很多好处,缺点也不是没有,最大的缺点就是质量毕竟有限。用动量守恒一算就知道,不够一路烧去比邻星的,即便加上火星也够呛。既然恒星际旅行实现不了,那就在太阳系内想办法。《三体》中提到,用光粒打击太阳并不能摧毁整个太阳系,木星背后有死角。事实正是如此。所以木星的正确打开方式不是炸掉,也不是引力加速,而是用作掩体。木星的轨道速度是13km/s,一般的轨道能借几个km/s的样子,这么点增量不如自己加速几年,何必冒险。

木星是太阳系中的第二大天体,质量足足有太阳的千分之一,直径足足是太阳的十分之一。别小看这些比例,前者足以把太阳系的公共质心拉到太阳的本体之外,后者则足以遮蔽太阳爆炸的冲击,只要躲藏在木日第二拉格朗日点。所谓拉格朗日点,是天体运行轨道上的特殊位置,涉及两个天体,比如木星和太阳。在这些点上运行的天体,和两个天体之间的相对位置保持不变。拉格朗日点一共有5个,分别位于两个天体的中间、各自背后和两侧。木日第二拉格朗日点位于木星背后,和木星的距离是木星到太阳距离的0.07倍。在这个位置上,木星和太阳的引力共同牵引地球,公转周期和木星天然相同,只需少量动力维护轨道,用以排除其它天体的干扰,即可保持木星遮蔽太阳的状态。考虑到木星和太阳的直径比例,在这个位置上木星足以将现在大小的太阳完全遮住。即便太阳爆炸前体积膨胀,也可以挡住大部分其中心发出的射线,是个不错的掩体。

这个位置的最大优点就是:近。无须恒星际的旅行,在太阳系内部串门罢了,只需跨过火星、小行星带和木星轨道即。变轨的能量费用也不高,不用998,也不用688,更不用支付走出太阳系的引力势能,算下来只要2.3E33J,比地球已有轨道的动能还小,四舍五入等于不要钱了好吧。原版流浪方案光是脱离太阳系就需要支付等于轨道动能的能量,然后加速到千分之五光速需要另外的三千倍,减速还得再要三千倍。

这个方案的另外一个优点是无须减速。在月球发动机牵引下,由于加速度非常小,不同于人造卫星在椭圆轨道和圆轨道之间的变轨,整个过程是持续、平滑和缓慢的,地球始终保持在圆轨道上,加速带来轨道提升,动能换成势能,轨道速度不升反降,等于新轨道对应的速度,瞄好目标位置,不行多调整几把,一旦泊入目标位置,停车熄火,流浪完成。

位置近带来的最直接好处就是时间短。粗略计算一下,这个过程只需要17年即可,不是500年,也不是2500年,不到一代人的时间,缺点是完全没有史诗感了。至于总能耗,省能量就得费工质,假设喷射速度是光速的万分之五,原著目标速度的十分之一,也就是150km/s,这么一来行星发动机的总输出功率只需要1.5E25W,相当于太阳总输出的4%,能量利用率(地球获得的能量和工质动能之比)达29%,听上去还算合理。但这个数值仍然是太阳对地球照射功率的1亿倍,散出来一点还是不得了的,好在月球不住人,烤热点没太大关系。这种状态需要的工质总量是6.9E23,得火星和月球绑在一起(7.2E23)才够,二者共同引领地球流浪。所以只能对我们的这位邻居说声对不起了。也不用太难过,虽然是被扬了一路,到底还在太阳系内部。没被月亮收走的小行星们有机会了,两亿年后又是一颗好星。失去的史诗感可以在这边找回来。

至于烧剩下的月渣,或是火星渣,恰好可以拿来解决一个此前悬而未决的问题——太阳强度。一旦地球开始流浪,太阳的辐射强度就会下降,和轨道高度的平方成反比,到达隐蔽位置时只有当前的3%。不要说这个强度无法维持生态圈的正常运行,哪怕1%的下降都会引发生态圈的灾难性变化。我们可以用人造太阳的办法解决问题。既然行星发动机的功率达到了足以和太阳相比拟的程度,拿出其中一点烧个几千度的人造太阳应该不是问题,功率可以调整,以补偿阳光的减弱。人造太阳放在哪里需要好好斟酌,最简单的方法就是放在火星或者月球上,缺点是会破坏现有的日照规律,变成天有二日,每天只有6个小时的夜晚。另外一种方法就是发射多颗卫星,位置恰好处在地日之中的对地发光,轮流模拟太阳,燃料就是月亮。这是旅程中的临时措施,等达到目标点后,把剩余的月亮放在地球和木星之间的拉格朗日点,替代太阳照亮地球,还可以通过位置和强度的变化模拟出春夏秋冬,以及黄道赤道夹角。于是地球上一切照旧,包括大草原上的春天气氛。

最后还剩下一个问题,月亮没了,诗人怎么看,情侣怎么办,狼人该朝哪儿嚎?既然太阳都可以模拟,月亮更不是问题了,路过小行星带的时候,选白净好看的顺走一颗当月亮即可,中秋假期照旧放。甚至可以多弄几颗小行星,体积小没关系,轨道低点就好,不但看起来大,而且跑得快,你方唱罢我登场,各种排列组合,场景变幻莫测,把夜晚烘托成传说中的魔法世界。大家一边喝茶一边赏月,评论哪个更圆哪个更美,一起笑等太阳爆炸,岂不美哉。

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作者 对本帖的 补充(1)
家园 有轻微剧透,基本不影响观影 -- 补充帖
通宝推:一个历史,戒定慧,
见前补充 4853588
家园 鼓掌!

楼主是地球物理出身吧?有 ’超长周期核裂变 是 地心 热源‘ 研究的Link吗?

家园 先收藏,

再献花献宝,再慢慢看。

家园 又见钻石大大的高论,佩服佩服。

当年就是因钻大回顾龙年的长篇雄文而来到西西河,受益匪浅。这一次再涨见识了。

说到推进力,是否可以通过提高喷出工质的速度来增大冲量,进而提高推进效率,比如把工质的喷出速度提高到光速的十分之一?

家园 其实能够把地球开到木星后面就已经很史诗了。

流浪地球的地球发动机其实是类似用一万根针扎一个充满水的气球。设定上浪漫就是的。

用月球牵引地球,那么以后如果抬头看月亮的话,看到的就是周围一圈的光柱,中间更亮。

家园 Orz

强帖留名。可惜无法宝推,如果可以,这是一篇值得多宝推的强文!

西西河仍能有如此原创乃西西河之幸。

家园 一点个人猜想和推测而已

地球核心应该是有巨额能量源的,否则无法解释熔岩和地磁场的产生和维持。

核裂变是目前唯一可能的解释。至于具体的机理,除了超长半衰期的放射性元素,更可能是长周期低速率的链式核反应:稳定元素吸收重核裂变放出的中子,转变成放射性元素,然后裂变释放的中子又去转变别的稳定元素……,现实中的增值核反应堆就是基于这个原理。

参与切尔诺贝利事故的大批前苏联直升机都被废弃在了飞机坟场,也是这个原因。这种核污染,不是表面沾上了放射性灰尘那么简单,而是机体自身的材料被辐射出了放射性,并且半衰期很长。

家园 这个核心还不是科技问题

即便发生了新的科技理论,也意义不大。

作家需要有创新的头脑,任何工作都要如此,如何创立一个支持创新的制度或者说培养更多的人才,这是要看的。

家园 工质消耗和能量消耗是一对矛盾

提高喷射速度无疑可以节省工质,但会把更多的能量消耗在工质的动能上。设想一下,地球的速度是30km/s,工质速度是十分之一光速,30000km/s,离开地球后为29970km/s,在宇宙里继续飞行。工质初始速度的平方对应发动机给予的动能,而剩余速度的平方所代表的剩余动能就都被白白带走了,二者之差是地球获得的动能,占比极小。这样推进的能量效率是很低的,也就意味着发动机功率必须成倍提升,甚至超过太阳若干倍才行。

这里还没有考虑相对论效应,物体的运动速度接近光速的时候,等效质量趋向无穷大,动能不再是速度的平方关系,而是趋向无穷大。相应的,能量效率趋向于0。所以,试图采用发射光子推进的办法也是不可行的。

假设行星发动机采用无工质推进,把石头烧成光子打出去,相当于实现了E=mc^2,把物质变成了纯能量,原则上倒是可以,因为光子也有动量,也可以产生反冲,但这么做的能量效率实在太低了,冲量也低得可怜。这个方案在技术上等价于太阳帆,“只送大脑”还行,流浪地球的话烧光整个太阳系都不一定够用。

家园 这个方案明显靠谱多了

其实只需要中学的物理和地理知识,就知道用行星发动机(即便造得出来)推着地球去流浪是有多“ 浪che漫 dan”,相比之下,这套正确的打开方式,不仅中秋可以继续放假吃月饼了,而且嫦娥奔月牛郎织女的故事以及李太白等众多名家的咏月诗篇也能一代又一代地传承给子子孙孙了,这点很重要!

唯一的缺陷就是,始终留在太阳系里瞎混着,看上去既没啥上进心,也不够史诗、华美和壮丽。

不管怎么说,“流浪地球”这个IP,绝对是目前科幻届No.1级别的存在,不妨按照这个更科学的靠谱方案,延拓出姐妹篇来。

家园 尽管获得的能量极小,但冲量仍然可观

只要地球获得足够的冲量,相应的速度增量日积月累,还是能够达到不小的终极速度。在这里,终极速度是关键。

家园 另一个来源就是地球形成初始的引力势能

由于地球庞大的体格,形成初期物质聚集而释放的引力势能被锁在地心深处,其热量散发也是一个跨越久远的渐进过程。

家园 要是当年刘慈欣有钻大这个想法

《流浪地球》在科学上就更合理了。可惜现在郭帆导演也来不及改剧本了😜

家园 自摸

找到 一个 Berkeley 的 消息, 20 年前的,科普级,易懂

https://newsarchive.berkeley.edu/news/media/releases/2003/12/10_heat.shtml

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