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一文读懂电影《流浪地球》没有交代清楚的烧脑科学知识_真人赌博游戏

一文读懂电影《流浪地球》没有交代清楚的烧脑科学知识

[摘要]国产硬科幻大片《流浪地球》大年初一已开始上映,影片中出现了很多烧脑的科学概念,但又简单一笔带过,观众在短时间内根本无法理解真正的核心知识。经过连夜奋战,我们在大年初二就给大家第一时间带来了科学解读,敬请慢慢细读。

一文读懂电影《流浪地球》没有交代清楚的烧脑科学知识

腾讯科技 乔辉/文

大年初一,根据刘慈欣的小说《流浪地球》改编的同名电影《流浪地球》在全国上映。我第一时间慕名到电影院去观看了影片。整部电影气势恢宏,讲述了太阳将变成红巨星,人类驱动地球逃离太阳系的故事。

看完影片,使我回想起高中时代的一个浪漫的夏日傍晚,我和几位同学迎着落日一起骑自行车放学回家,远方地平线上的太阳显得又红又大,像一只红红的气球。其中一位女同学开玩笑地问,太阳会不会要熄火了?引得大家哈哈大笑,说她是杞人忧日。

一文读懂电影《流浪地球》没有交代清楚的烧脑科学知识

图注:当太阳变成红巨星时的样子(艺术图)

从恒星的演化规律上来讲,太阳是会有熄火的那一天,不过是在遥远的50亿年之后。简单来讲,当太阳核心中的氢燃烧殆尽,生成的氦元素在引力的作用下坍缩,释放的能量进一步升高温度,点燃核心周围的氢壳层,然后太阳迅速膨胀,成为一颗红巨星。

有理论认为,太阳演化生成的红巨星非常巨大,最远能够膨胀到地球轨道。这样,水星、金星和地球都会逐渐坠入太阳而毁灭。其实,早在太阳吞噬掉地球之前,地球上的海洋早已被膨胀的红巨星烤干,生命不复存在。

我们可能听说过各种版本的“世界末日”,但太阳成变红巨星引起的“世界末日”肯定是必然会发生的!刘慈欣以太阳变红巨星这个知识点为基础,写出了著名的科幻小说《流浪地球》,讲述人类发现太阳要变成红巨星时,人类给地球安装万座巨大的核聚变发动机,推动地球逃离年迈的太阳,飞往最近的恒星——比邻星的过程。

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图注:巨大的核聚变行星发动机,高11公里,比珠穆朗玛峰还高。

《流浪地球》场景非常宏大,万座核聚变发动机,高11千米,珠穆朗玛峰在发动机面前也相形见绌,电影的细节我就不谈了。我只想谈一谈这部科幻电影提及到的真正的科学知识部分。

烧脑的“氦闪”是什么现象?

文章开头我们提到了太阳演化末期会变成红巨星,会吞噬掉行星。电影中还提到一个天体物理学中的名词氦闪,我们再来具体介绍一下。

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图注:太阳从诞生到膨胀为红巨星的过程。

氦闪是发生在质量介于0.5倍到2倍太阳质量的恒星演化末期。当核心处的氢燃烧殆尽,形成的氦堆积在核心处,氦不断积累自我压缩,密度增加到一定程度形成“简并态”,处于简并态的物质靠简并压(一种量子力学效应)支撑着自身重力,而非靠热压力支撑。核心处的氦的自我压缩,还会让温度升高,然而简并态物质有一个奇怪的特性:温度升高并不会导致其发生热膨胀,直到热压力再次超过简并压,而且简并态物质的热传导性非常好,当温度一路飙升至1亿度时,氦就受不了了,发生猛烈的热核燃烧,短短几分钟就把核心6%的氦元素变成碳元素。对于太阳质量的恒星来讲,氦闪释放的能量相当于太阳正常燃烧3000万年。

然而,据计算,如此巨大的能量并不会对红巨星的外观造成什么可观测的影响,因为这种能量释放发生在恒星的深处,巨大的能量释放让热压力超过简并压,核心物质脱离简并态而膨胀,大部分能量都耗费在驱动核心物质膨胀当中,剩余的少部分能量被厚厚的外壳吸收。实际上,并不会发生电影中看到的剧烈景象。

本来解释一下电影中烧脑的名词,结果好像越解释越烧脑。那我再来简单总结一下氦闪的过程:氢燃烧变成的氦物质堆积在太阳核心,核心的物质越来越多,然后发生收缩温度升高,但核心的物质处于简并态,温度的升高并不能使其自动停止收缩,温度会越来越高,当跨过1亿度的门槛时,就发生了猛烈的爆炸式氦燃烧,数分钟内就把能够燃烧的氦变成了碳。但氦闪释放的能量都被太阳本身吸收,表面居然看不出内部发生了什么。

质量小于0.5倍太阳的恒星没有足够的能力发生氦闪,而质量大于2倍太阳的恒星,发生的是稳定的、温柔的氦燃烧,无需发生氦闪。猎户座中大名鼎鼎的“参宿四”就是一颗质量是太阳10倍的红巨星,核心正在发生氦平稳燃烧变成碳的过程。对于恒星的演化而言,质量几乎决定一切,当然还要考虑其金属丰度。

一文读懂电影《流浪地球》没有交代清楚的烧脑科学知识

图注:位于猎户座之肩的参宿四,这是一颗核心正在燃烧氦的红巨星。如果把这颗恒星放在太阳的位置,表面甚至可以触达木星轨道。

燃烧石头的核聚变发动机

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