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《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?

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online_member 发表于 2023-1-31 13:38:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?
online_member 发表于 2023-1-31 13:39:24 | 显示全部楼层
讲讲流浪地球的目的地,半人马座α吧。
很多人都知道,距离太阳最近的恒星叫做比邻星,距离我们只有4.24光年。可抬头仰望星空,小亮点那么多,比邻星到底是哪颗呢?还有,太阳也是离比邻星最近的恒星吗?
首先,很遗憾的是,比邻星是一颗暗淡的红矮星,视星等只有11.13等,远远超过了人类的裸眼目视极限6等,因此肉眼是看不见它的。但是第二个问题的答案,却可以给我们指明一个比邻星的大致方向。离比邻星最近的恒星并不是太阳,而是两颗正直壮年的明亮恒星,他们三个共同组成了一个三合星系统,西方的名字叫半人马座α星,在我们中国的天图上,它们的名字叫南门二。
南门二距离我们4.34光年,综合视星等-0.27,是全天排名第三的亮星。由两颗主序星南门二 A ,南门二 B 和红矮星比邻星组成。其中,南门二 A ,南门二 B 是一对双星系统,在一个椭圆轨道上互相围绕着旋转,周期为79.9年。最近距离是11.2个天文单位,大概是太阳到土星那么远。最远时相距35.6个天文单位,也不过就是太阳到冥王星的距离。而比邻星则是在距离15000个天文单位,也就是0.21光年的超远轨道上围绕AB系统公转。以它的速度,大概要50万年才能转完一圈。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?242 / 作者:凑热闹好玩岳 / 帖子ID:108296

老规矩,先来一张高清大图

南门二 A,英文名字叫Rigil Kentaurus。从各个方面来看,它都非常像是太阳的双胞胎哥哥。南门二 A 与太阳拥有一样的光谱类型G2V,因此它们看上去几乎是一样的黄白色。它的年龄在56亿年左右,比太阳略微年长,质量是太阳的1.1倍,半径约为1.2234倍。亮度是太阳的1.519倍。都稍微比太阳大一些。
南门二 B,英文名字叫Toliman。它的光谱是K1V,比太阳看上去更橙色一些。年龄大概在53亿年左右,也比太阳古老,但质量和体积却更小,质量为0.907太阳质量,半径为0.8632太阳半径。光度也只有太阳的一半。
尽管它不像南门二 A 那样明亮,但它在X射线波段具有更大的能量输出,南门二的X射线辐射主要就来自于它。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?676 / 作者:凑热闹好玩岳 / 帖子ID:108296

在哈勃太空望远镜的高清相机下,南门二 A(左侧)和南门二 B(右侧)很容易就可以分辨出来

南门二 C,也就是比邻星了。它的英文名字叫Proxima,是一颗光谱类型为M5.5Ve的红矮星。它的质量只有太阳的0.1221倍,半径为0.1542个太阳半径。光度是太阳的0.0017倍,比太阳暗淡2万倍以上,即使在相距仅0.2光年的南门二 A 上看过去,比邻星也只有大概5等,勉强能被看见。
红矮星是恒星中的小矮人,质量通常都不到太阳的一半,表面温度很低,因此都呈现为红色,这也是他们名字的来源。我们肉眼看不见任何一颗红矮星,因为他们实在是太暗弱了。然而,红矮星却是恒星中的主力军,我们的银河系中有70%的恒星都是红矮星。
由于他们的表面温度低,核反应速度比较缓慢,因此红矮星是恒星世界的长寿冠军,据科学家估算,红矮星可以拥有上千亿甚至上万亿年的寿命。而我们的宇宙的年龄也不过138亿年,很多红矮星几乎与我们的宇宙一样古老,称得上真正的寿与天齐了。
古人是看不见比邻星的,自然它也就不像天狼啊大角啊这样拥有流传下来的中文名。但比邻星的名字,也充满了寓意。在1915年比邻星被发现后,它的英文名字被命名为Proxima,意思是“半人马座中距离最近的”。而我们中国的天文学者则根据王勃的诗“海内存知己,天涯若比邻“,为这颗太阳最近的邻居,取了比邻星这么一个诗情画意的名字。看来,理科生也可以浪漫得很呀~

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?940 / 作者:凑热闹好玩岳 / 帖子ID:108296

太阳与南门二一家子的大小比较图

<hr/>南门二 A 的视星等为+0.01。单独来看,它是天空中第四亮的恒星,略高于织女星(+0.026),但比天狼星(-1.46),老人星(-0.74)和大角星(-0.05)更暗淡。南门二 B 的视星等有+1.33,比最暗的一等星,狮子座的轩辕十四还要亮一些。而它们合在一起后,组合亮度达到了-0.27,成功超越了大角星,排到了全天第三。
大角星:哼,星多了不起啊!
南门二:没错,星多就是了不起,不信你问问五车二。
五车二:你咋不说北河二呢。
北河二:团结就是力量~
十字架二:(唱)团结就是力量~
心宿二:那也得看团结的是谁吧?我那个小兄弟才5.5等,有个球用。
大角星:反正叫二的都是不要脸的团伙!
河鼓二:骂人别开地图炮嗷!老子现在单身了!

很久很久以后...
参宿二:对啊,星多了不起啊!

注:有个好玩的巧合,目视星等排名前30的亮星中,南门二,五车二,北河二,十字架二,心宿二这些中文名字里带个"二"的都是双星或是聚星。只有河鼓二(牛郎星)和参宿二是例外。河鼓二曾经也被认为是个四联星系统,但最近的研究表明其他三颗都是遥远的背景恒星。而参宿二是前30名里离我们最远的恒星,远在1980光年之外。
另:天文学家也曾假设过大角星有个暗弱的伴星,但很快被辟谣,它自始至终都是个单身狗。
南门二如此明亮,自然是非常好辨认。可惜南门二比老人星还要偏南,在海南岛都很难观测的到。但在南半球,南门二非常容易找到。因为他附近有另外一颗一等星,马腹一。他们两个离的非常近,几乎跟双子座的两颗亮星北河二和北河三距离差不多。目前,在视线上,南门二正在向着马腹一的方向移动,在大约4000年后,它们俩将几乎重合,成为视觉上的双星。当然了,只是视觉上而已。马腹一远在390光年之外,比南门二远了将近一百倍。
而在西边不远处,是壮观的南十字星座,两颗一等星和两颗二等星组成了巨大的十字架。它们六颗星挤在比猎户座的范围还要小的天区里,实在是过于显眼了。而其中最亮的那颗,就是南门二啦。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?655 / 作者:凑热闹好玩岳 / 帖子ID:108296

南门二和南十字星座的方向,有许多漂亮的星云

在一般的印象里,既然是一个恒星系统了,那里面的星星就算不是形影不离吧,至少也得是相伴相随了。然而我们的南门二系统却特立独行的很。虽然比邻星与南门二AB组成了三合星系统,但由于它们三个离我们太近了,比邻星又实在与南门二AB相隔过于遥远,这导致比邻星看上去离目视中的南门二很远,远到根本不像是在一个系统中。
在下面的图中,红圈标明的位置就是比邻星。可以看到它与南门二,马腹一组成了一个直角三角形,而比邻星就位于直角的顶点位置。在它们中间,还有许多小亮点,看上去离南门二更近,但也只是看上去而已。比邻星与南门二才是真真正正的一家人。这也算是“海内存知己,天涯若比邻”的另一种解读吧。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?790 / 作者:凑热闹好玩岳 / 帖子ID:108296

如果有机会看到南门二,一定要往红圈这个方向望上一眼,就约等于“看见”比邻星啦。

<hr/>刘慈欣的另一部大作《三体》中,三体人的故乡,也是南门二。大刘在小说中天马行空的描述了三体文明,而现实中,人类对于这位近邻的地外文明探索也是如火如荼的进行着。在2016年、2020年和2022年,三颗比邻星的行星被发现,并分别被命名为Proxima Centauri b、c和d。它们是离地球最近的系外行星。其中,比邻星b位于恒星的宜居带上,并且是一颗与地球一样的类地行星。质量是地球的1.27倍以上,公转一周只需要11.2天。由于轨道很靠近母星,很可能被潮汐锁定了,也就是永远只有一面朝向比邻星,没有早晚,也没有季节之分。天文学家推测,它有很大的可能性存在液态水。
但若是就此断定上面有智慧生命,也有些乐观了点。虽然比邻星距离南门二AB很遥远,几乎不会受到它们的引力影响,导致混乱的三体运动问题。但比邻星是一颗耀斑恒星,时不时就会产生比太阳要强得多的耀斑爆发,辐射出超高能量的射线,将大气层吹散。在2019年的耀斑爆发中,在短短的7秒之内,整个恒星的亮度暴增了1.4万倍。而比邻星b距离母星只有0.05个天文单位,也就是地球到太阳距离的二十分之一。这么近的距离承受如此大能量的辐射,比邻星b上的严酷环境可想而知。而对于比邻星这样的耀斑恒星来说,这样的耀斑爆发非常频繁,往往几天就有一次,且毫无规律可言。
还有一点,比邻星太小太冷了,并且大部分能量辐射都在红外线波段。因此,即使离的那么近,比邻星b获得的可见光波段的能量,也只有地球的3%。而相对应的,X射线波段的辐射却是地球的400多倍。如果比邻星b上真的存在生命的话,很可能利用的并不是可见光,而是X射线或红外波段的射线。这意味着那会是与我们完全不同的生命形式。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?782 / 作者:凑热闹好玩岳 / 帖子ID:108296

三体问题是著名的数学难题,三颗恒星互相围绕旋转时,会因为彼此引力的影响,导致运动轨迹毫无规律。这对于周围的行星上的生命是致命的。大刘想象中的三体星人,就生活在这样的环境中,因而经历了几百次文明毁灭

<hr/>在《流浪地球》中,晚年的太阳演变成了红巨星,已经变得不再适合人类生存。为了应对随时发生的氦闪,人类决定带上地球,出发前往4.3光年之外的比邻星。大刘的想象很丰满,可是现实很骨感。比邻星根本就不适合人类生存。
南门二AB的环境倒是可以考虑一下,但是这两颗恒星跟太阳寿命差不多,还比太阳要老一点,等太阳变成红巨星的时候,大一点的南门二 A 早在十几亿年前就走完了主序星和红巨星生涯,变成了一颗白矮星。而南门二 B 也垂垂老矣,没几亿年可活了。看来,地球流浪的计划还是要再好好规划一下。好在我们还有40多亿年的时间,可以慢慢考虑呢(微笑~)

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?329 / 作者:凑热闹好玩岳 / 帖子ID:108296
<hr/>2019年4月,位于澳大利亚的帕克斯天文台接收到了一组比邻星发来的无线电信号,这个信号属于特高频,目前还没有已知的自然现象可以产生这样的信号。这为地外文明的寻找打了一剂强心针,世界各地的天文爱好者都沸腾了,纷纷开始畅想与外星人的沟通交流。但是严谨的天文学家们,对此依然抱有谨慎的态度,由于并没有再接收到类似信号,这很可能只是个来自地球的干扰信号而已。天文台表示,会进一步分析信号的来源,我们还是继续期待着未来的新发现吧。
最近,霍金参与提出的"突破摄星"计划又被媒体炒热。虽然所谓的速度达到光速五分之一的光帆飞船还仅存在于PPT中,与真正实现之间还隔着非常遥远的距离,但只要人类探索宇宙的脚步不停歇,终有一天,我们会飞出太阳系,去往更广阔的地方。
正如霍金所说:“什么是让人类独一无二的品质?在我看来,超越极限是我们独有的品质。今天,我们迈出了驶向宇宙的又一大步,因为我们是人类,我们的本质就是飞翔。”
我们的目标,永远是星辰大海。
ps:这是我专栏里的文章,偷懒直接贴过来啦!对星星感兴趣的小伙伴欢迎关注我的专栏呀(在下面)!致力于为每颗星星写个小传~会一直更新的~
online_member 发表于 2023-1-31 13:40:01 | 显示全部楼层
不论是《流浪地球1》和《流浪地球2》都反复提及一个天文学的概念——洛希极限,洛希极限是指宇审中大小星体互相接近到突破洛希极限规定的最小安全矩离时,大星体在小星体上施加的潮汐力会把小星体撕碎让其解体。所谓潮汐力就是一个星体上的各个位置距另一星体的距离是不同的,受到另一星体施加的引力大小就不相同,这种一个星体上的不同位置受到另一星体施加的大小不同的引力的差值就叫潮汐力。为什么宇宙中大小两个互相吸引接近的星体接近到洛希极限规定的最小安全距离时,大星体对小星体施加的引力差即潮汐力会把小星体撕碎呢?我们可以做一个的试验来理解这个过程:我们把一块豆腐放好,然后拿一个吸管放在尽量贴近豆腐的位置对着豆腐狂吸,只要你肺活量够大,豆腐距离管口最近的部分受到的吸引力最大会被撕碎吸入管中,而豆腐离管口较远的部分受到的吸引力较小几乎纹丝不动。这就是作用在同一物体不同位置上的引力差异(即潮汐力)产生的撕裂现象。如果同一物体上的不同位置受到的引力相同,则它们会共同进退不会发生撕裂现象!
《流浪地球2》热映贺岁电影
硬核科技知识:
1、可控核聚变技术;
2、太空天梯;
3、洛希极限(Roche limit);
4、氦闪
5、量子计算机

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《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?968 / 作者:一身似水厝 / 帖子ID:108296
素材来自网络,如有侵权私聊删
online_member 发表于 2023-1-31 13:40:23 | 显示全部楼层
核爆月球用的相控阵希望有大佬仔细解说一下,虽然是初高中物理,但是这个用到核爆这个体量上,真的很大胆,编剧牛逼
online_member 发表于 2023-1-31 13:41:13 | 显示全部楼层
整理了一份天文相关的背景知识,以下内容涉及轻微剧透,但不影响观影体验,甭管你看没看过电影,都可以放心食用。
整个《流浪地球》宇宙的故事,相信看过1的朋友们已经非常熟悉了。简单来说就是:太阳快不行了,为了让更多人活下来,人类决定带着地球离开太阳系,去往最近的邻居,4.2个光年外的半人马α三星系统(aka,三体人的老家)。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?267 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296
这场豪情壮志又注定苦难重重的漫长旅程,将旷时2500年,需要100代人接力完成。好在,在人类演化有限的时间尺度来看,半人马α三星系统其实非常稳定,比邻星距离半人马α-A星和B星组成的双星系统也非常遥远,并不会陷入“乱纪元”。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?546 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

半人马α三星系统位置关系:半人马α-A星和B星组成双星系统,双星系统再与比邻星组成双星系统。大小按比例,距离未按比例 | 改变汉化自:文献[1]

行星去流浪,卫星会怎样?

《球2》的故事,围绕这段漫长旅程的启航阶段展开,核心目标:放逐月球
这部时长3小时,信息极度密集的电影讲到的内容,大刘在原著里只用了寥寥几句话:
在回家的航程中,我们看到了启航的第一个信号:夜空中出现了一个巨大的彗星,那是月球。人类带不走月球,就在月球上也安装了行星发动机,把它推离地球轨道,以免在地球加速时相撞。月球上行星发动机产生的巨大彗尾使大海笼罩在一片蓝光之中,群星看不见了。月球移动产生的引力潮汐使大海巨浪冲天,我们改乘飞机向南半球的家飞去。——刘慈欣《流浪地球·刹车时代》
但真实世界里的流浪行星,可能并不会孤单上路。
事实上,银河系中有大量不与恒星“绑定”的流浪行星。它们之中,许多原本也像地球一样,环绕着某颗恒星转动,但因为种种动荡和变故被“抛射”出了栖息的家园,被迫踏上流浪征途。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?235 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

银河系中漂泊的流浪行星艺术想象 | Caltech-IPAC

如果这些流浪行星原本也有卫星环绕,这些卫星会怎么样?
2018-19年,两个天文团队[2,3]通过各自独立的动力学模拟,得到了相似的结论:在行星不太小(质量与海王星相当)、卫星不太远(200个行星半径内)的情况下,大部分卫星在行星被抛射出去的过程中,都能幸存下来,并且跟着母行星一起流浪。木星这类有多个卫星的行星,在大多数次模拟里都可以保留一部分卫星一起带走。母行星质量越大,卫星距行星越近,幸存率就越大,以木星和木卫一这样组合为例,卫星的幸存比例可能高达55%-85% 。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?15 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

行星被弹射出系统后,幸存卫星的轨道。动力学模拟结果显示,合适的轨道配置下,大部分行星在流浪后可以保留至少一颗卫星,1/4的行星可以保留绝大部分甚至所有卫星 | University of Nevada, Las Vegas [4]

但“流浪地球”计划没办法放任月球顺其自然。毕竟,地球太小了,即使地月系统被太阳系大天体的引力弹射出去,地球也很难“带”得动月球;更何况,地球这次也不是弹射出去的,而是自己加速离开的,月球没有受到同样的弹射作用。对地球来说,要想带着月球,就得一直同步给月球加速;一味置之不理,又很容易在地球变轨之后受到月球不可控的影响——哪怕不撞上月球,引力潮汐突变也随时会给脆弱的人类带来危险。
为了人类的安全,最稳妥的方法还是直接把月球移出地球轨道。一别两宽,各谋生路吧。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?991 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

今人不见古时月,今月曾经照古人 | 《流浪地球2》预告片

月球发动机和月球基地在哪里?

如何把月球推走?影片中采用的,是在月面安装三台月球发动机。发动机安在了哪里?这里必须夸一夸《球2》的精益求精,我认真对比了剧中出现的月球镜头,发现是可以大体定位的。
首先是影片里给出三台发动机的全月整体视图,这么暗其实也看不清楚月面特征对吧。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?738 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

三台月球发动机的位置 | 《流浪地球2》预告片

增加对比度之后,可以看到是以真实的月球正面影像为底图做的月球发动机点火特效。三台发动机安置在月球正背面交界处,间隔120°,也就是北极点附近一个,西经90°南纬30°附近一个,东经90°南纬30°附近一个。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?80 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

月球发动机位置分布 | (左)改编自《流浪地球2》预告片,(右)制图@haibaraemily,底图QuickMap

预告片里另一帧有2号月球发动机失控的特写:

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?802 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

《流浪地球2》预告片

匹配月球地图之后可以找到,2号发动机更准确的位置是位于东经80°南纬30°附近

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?299 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

(左)改编自《流浪地球2》预告片,(右)制图@haibaraemily,底图QuickMap

1号发动机北极附近,这里也是逐月计划1号试验机点火的地方。不过为了挖石头,人类还真是把发动机周围霍霍得面目全非了…“流浪地球”施工队改造能力非常可以!

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?133 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

1号发动机 |《流浪地球2》预告片

逐月计划选择的月球基地,影片中明确指出位于坎帕努斯撞击坑内。这是一个月球上真实存在的撞击坑,位于月球正面,南纬28°,西经27.8°,直径46km。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?339 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?620 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

坎帕努斯撞击坑 | QuickMAp

可惜逐月计划没有成功,不然这些到2500年后都是纪念景点啊!
又见洛希极限

影片第二部分“月球坠落危机”,再次用上了《球1》里的“洛希极限”来搞事情。《球1》是地球接近木星时候的洛希极限,《球2》则是月球接近地球时候的洛希极限,两者是一回事么?为什么进入洛希极限的天体会被“撕碎”?这还要从“潮汐力”说起。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?361 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

图中的红圈就是地球之于月球的“洛希极限” | 《流浪地球2》预告片

一个天体会被另一个天体“撕碎”,本质的原因在于天体并不是一个质点,也就是说,这个天体上各个地方受到的来自外界的引力大小和方向其实是不同的。
以地月系为例,忽略太阳和其他大天体的引力影响。从地球看来,由于引力大小随距离衰减,所以实际月球上各点受到的地球引力大小和方向都不一样。总体来说,月球正面受到的地球的引力大于背面,两者的差异会把月球略微拉长,即在地月连线方向产生潮汐隆起。当然,反过来月球对地球的引力也同样会在地球产生潮汐隆起,地球上的潮涨潮落就是月球对地球潮汐作用的体现。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?431 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

作者制图

但如果我们把视角切换到月球,月球上感受到的其实是这些大小不同的引力的一个“综合效果”,也就是说,月球上感受到的是下图蓝色箭头那些,各个角度不断压缩和拉伸自己的力。因为此时的参照系是个非惯性系,所以月球上的点可以视作受到了一个假想的离心力,那么对月球来说,离心力和引力的“合力”就是潮汐力了。需要注意的是,事实上离心力在惯性系下是不存在的,离心力和潮汐力只是为了方便我们理解的“假想力”,本质上都是引力的二级反馈。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?194 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

作者制图

潮汐作用的“拉伸和揉捏”,是很多卫星的主要热量来源,尤其是轨道不那么圆的卫星,距离变化引起的潮汐加热作用会非常剧烈,例如太阳系中的木卫二、木卫三、土卫二。同样的,流浪行星的卫星也是行星科学家们很关注的一类“宜居星球”,因为相比于已经失去恒星热量补给、没什么希望了的流浪行星,它们的卫星倒是更可能通过行星的潮汐加热获得能量,形成地下海洋,甚至在在漫长的流浪岁月里孕育出生命。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?671 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

木卫一的椭圆轨道和距木星足够近的距离,让它成为太阳系中火山活动最活跃的卫星 | 维基

在简化情况下,天体受到的潮汐力大小主要和两个因素有关:一是提供引力的天体的质量,二是两个天体的距离提供引力的天体质量越大,两者距离越近,被吸引的天体实际感受到的“引力综合效果”就越明显。
以地球和月球为例,随着月球不断靠近地球,地球引力就会越来越剧烈地揉捏拉伸月球,当这个距离小于某个临界值,剧烈的潮汐力就会把月球撕碎——这个临界距离就是月球的“洛希极限”

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?580 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?314 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?3 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

随着小天体越来越靠近大天体,小天体逐渐被拉伸变形,进而分崩离析 | 维基/Theresa Knott


“洛希极限”这个概念由法国天文学家爱德华·洛希在1850年提出。对不同的天体,洛希极限是不一样的,这不仅取决于潮汐力的大小,也取决于感受引力的天体自身的强度和疏松程度(通常用密度来代表)。提供引力的天体的质量越小,感受引力的天体自身越结实,后者就越不容易被潮汐力撕碎,对应的洛希极限距离就越小,所以月球飞近地球时的洛希极限,和地球飞近木星时的洛希极限,数值是完全不同的。
太阳系中最常见的“洛希极限”受害者是彗星。彗星密度很低,非常不结实,飞行的轨道又非常椭圆,有时候飞得离太阳很近,有时候又离太阳很远。这种小东西一不留神就会遇到太阳系里的巨无霸——木星,或者太阳,然后被无情撕碎。
最有名的,可能当属舒梅克-列维9号彗星(详情:那个埋葬在月球上的男人,今天90岁生日)。1993年3月24日,舒梅克夫妇和大卫·列维一同在帕洛马山天文台观测到了木星周围一些奇怪的碎片。随后的轨道计算显示:这些碎片都是同一颗彗星被木星巨大的潮汐作用撕裂的碎片,将在1994年7月16日-24日之间陆续撞向木星。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?996 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

哈勃望远镜于1994年5月17日拍摄的舒梅克-列文9号彗星的碎片,最大的一颗直径约有2千米。21块碎片像一串珍珠一样连成一线。两个月后,这些碎片依次撞向木星 | Hubblesite [5]

这次彗木相撞是全世界天文爱好者的一场盛会,也是无数孩子最早的天文启蒙。人类被撞击产生的巨大威力深深震撼:碎片中最大的一枚(编号为G,直径约2千米)在木星表面撞出了一个直径超过12000公里的“疤痕”,比地球还要大。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?75 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

彗木撞击在当时的木星表面留下的褐色“疤痕”(红色箭头处) | NASA

旅行者号与“暗淡蓝点”

电影中周老师给麦克看的“小白点”照片,是一艘真实的人类航天器——旅行者1号在1990年拍摄的地球照片。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?680 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

《流浪地球2》预告片

旅行者号共有两艘航天器,分别在1977年8月和9月发射,向太阳系外侧飞行,探访了多颗外太阳系巨行星和它们的卫星系统。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?236 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

旅行者号重要日期

1990年,两艘旅行者号都已经完成了全部计划任务,旅行者1号飞到了距离地球约40.5个天文单位(60亿公里,比冥王星的轨道还要远)的地方,即将关闭相机以节省电力。同年的2月14日,NASA在行星科学家卡尔·萨根的建议下,让旅行者1号最后一次回望太阳系,为太阳系拍摄了一套全家福。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?586 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

旅行者1号拍摄的太阳系全家福,由60帧影像拼接而成 | NASA/JPL [6]

这张著名的“暗淡蓝点”(Pale Blue Dot)就是这套太阳系全家福里的一张——在这么遥远的距离,地球实际只有0.12个像素那么大。

《流浪地球 2》电影里有哪些物理学工程学天文学知识?652 / 作者:Runlinh / 帖子ID:108296

周老师展示的“暗淡蓝点”是2020年重修版本,尽管在照片里地球是“小白点”,但人们还是普遍称这颗代表蓝色星球的小点为“暗淡蓝点” | NASA/JPL

在此后的三十多年里,这张“暗淡蓝点”照片一直是旅行者号的标志性成果,它一直在提醒我们:地球如此渺小,又如此珍贵,这个太阳系中不起眼的小点,却是我们人类赖以生存的唯一家园。
一个小彩蛋是,周老师对麦克说的这句“我相信会再次看到蓝天,鲜花挂满枝头”,其实来自于《流浪地球》小说的结尾:
我知道已被忘却
流浪的航程太长太长
但那一时刻要叫我一声啊
当东方再次出现霞光
我知道已被忘却
启航的时代太远太远
但那一时刻要叫我一声啊
当人类又看到了蓝天
我知道已被忘却
太阳系的往事太久太久
但那一时刻要叫我一声啊
当鲜花重新挂上枝头
整个“流浪地球”计划,正是100代人为了这个家园而奋斗的史诗啊。
MOSS:计划2023年底发射的CSST中国巡天望远镜,到2065年还能正常工作,你们人类要对未来有信心呀!
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