从行星运行轨道到引力弹弓：你看懂流浪地球了吗？

乔峰之逆风痰

中国青年网讯 在时下热门影片《流浪地球2》描绘的“流浪地球计划”中，一个关键的节点是借助木星来让地球加速到足以离开太阳系。1月27日，《张朝阳的物理课》第一百一十八期开播，搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳就这个话题，为广大网友带来了一节别开生面的物理课。课上张朝阳首先回顾了上一次直播课中关于洛希极限的讨论，并指出在地月系统靠近的过程中，地球强大的引力作用会显著改变月球的几何形状，从而不能再把月球看作刚体球，而应当讨论作为流体的月球和对应的洛希极限，月球实际解体的位置会比刚体模型的情况更远。随后他通过角动量守恒定理和能量守恒定律，化简了行星运动的轨道方程，并得到了方程的解。最后他讲解了引力弹弓的物理原理，并讨论了通过引力弹弓来加速的条件。

张朝阳在课程里深入浅出地向观众解析行星运动的物理规律，以及引力弹弓的物理本质。 引力弹弓并非是科幻作品的想象，事实上发射于1977年的旅行者1号和2号正是引力弹弓效应的受益者：原本计划中数十年的航行任务被加快到了十几年。直到今天，兢兢业业工作45年的旅行者1号早已离开太阳系，带着人类文明的概括和对广袤宇宙的希望和决心，行进在星际空间之中。也许在未来，人类文明消失在地球上时，银河系之间仍然有着旅行者1号作为一个光辉的文明曾经存在过的证明。

在课程之中，张朝阳利用守恒定律来求解天体运行的动力学方程，证明了其运行轨道总是圆锥曲线的形式，而且分析了不同轨道的特点和几何性质。他利用一贯的物理直觉来处理物理问题，将可能的繁杂数学运算简化成我们熟悉的角动量守恒和能量守恒中来，更是通过敏锐的观察来找到了轨道方程的简洁表达。

张朝阳也向观众展示了引力弹弓背后的物理，在高度的抽象与物理原理之中，为什么能用引力加速，什么情况可以加速这些受到关心的问题得到解答，从复杂的问题背景进去，张朝阳得到了一个优美的关系：双曲线轨道对称轴与行星速度的夹角决定了引力弹弓实现加速过程还是减速过程，再一次践行了其硬核计算的风格同物理之美的有机结合，为广大观众带来了独特的物理体验。

截至目前，《张朝阳的物理课》已直播一百余期，内容丰富、覆盖广泛，理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课，他先是从经典物理学开始，科普了牛顿运动定律等；而后从经典物理的“两朵乌云”说起，向近现代物理过渡，探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域，从基础的薛定谔方程等理论内容，到氢原子波函数，再到气体定容比热的温度阶梯，并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理，推导出飞船运行轨迹，估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度，随后讲解了陀螺的进动，还计算出月球的潮汐高度。紧接着开始介绍狭义相对论的四维语言，并逐步过渡到了电磁学。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜：以演算物理为特色，注重从日常现象引入，通过一步一步详尽计算和硬核推导，理解自然界的基本规律。

来源：中国青年网