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《流轉(zhuǎn)的地球》的科學(xué)故事

新年伊始，中國科幻電影《流轉(zhuǎn)的地球》登陸各大電影院，在競爭激烈的春節(jié)時期獲得票房冠軍。 電影以劉慈欣的同名科幻小說為基礎(chǔ)，講述了未來發(fā)生的故事:太陽急劇老化，隨時都有可能進(jìn)入紅巨星膨脹階段，地球也會因此而被吞噬。 在這場危機(jī)中，為了地球人的存亡，地球上的聯(lián)合共和國在地球上建設(shè)了數(shù)以萬計的重核聚變行星發(fā)動機(jī)，分別產(chǎn)生了數(shù)百萬噸的推力，將地球視為巨大的宇宙飛船，離開現(xiàn)有軌道，距離太陽系最近的恒星比鄰近的星球更近，持續(xù)了2500年。

今天，我們談?wù)撆c電影相關(guān)的科學(xué)故事時，并不感興趣。

太陽什么時候毀滅？

太陽出生于約50億年前的星云，太陽系其他行星緊隨其后。 太陽提供的能量來自其中心氫氣的核聚變反應(yīng)，就像大量的氫彈在太陽內(nèi)部持續(xù)爆炸一樣，根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，這個核聚變反應(yīng)預(yù)計將持續(xù)約100億年，因此太陽將再燃燒50億年左右。

在小說《公轉(zhuǎn)的地球》中，科學(xué)家預(yù)測，發(fā)現(xiàn)太陽異常，太陽將進(jìn)入紅色巨星的膨脹階段，在接下來的數(shù)百年中淹沒地球軌道。 紅色巨星是恒星燃燒到后期經(jīng)歷的短暫不穩(wěn)定階段。 但是人類學(xué)家推測，由于周圍環(huán)境的各種變化，人類能夠在地球上存在的時間約為200萬年。 物理學(xué)家霍金更悲觀。 他預(yù)言，人類利用能源相對效率不高，因此有必要考慮數(shù)百年后離開地球。

有一段時間，地球在被淹沒之前移動到太陽系適宜居住的地區(qū)之外，變得不適合生命存在，相反，那時火星將完全進(jìn)入適宜居住的地區(qū)。

比鄰星是可能的歸宿嗎？

半人馬座比鄰星是除太陽以外離地球最近的恒星，距離我們4.2光年。 如果真有流浪地球計劃，地球真的會流浪到半人馬座比鄰星周圍，那里的環(huán)境適合人類生存嗎？

根據(jù)哈勃等強(qiáng)力望遠(yuǎn)鏡對半人馬座比鄰星的多項觀測，可以了解到許多關(guān)于這顆恒星的新聞。 人馬座質(zhì)量只有太陽質(zhì)量的七分之一，是紅矮星，其亮度比太陽低。

在劉慈欣將這部小說改編為《流轉(zhuǎn)的地球》的1999年，人們不知道半人馬座在旁邊的星星周圍是否存在行星。 年末，歐洲南方天文臺暗紅點的發(fā)現(xiàn)讓天文學(xué)家和大眾興奮不已，科學(xué)家們在半人馬座比鄰星周圍發(fā)現(xiàn)了一顆與地球非常相似的行星。 其質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1.3倍，公轉(zhuǎn)周期為11.2天，位于半人馬座比鄰星的居住區(qū)。 天文學(xué)家用地球相似指數(shù)這個參數(shù)描述了這個行星和地球的相似度，暗紅點的相似指數(shù)達(dá)到了86%。

盡管如此，這個行星的一些性質(zhì)還是和地球相距甚遠(yuǎn)。 由于半人馬座的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鄰近的星星，因此居住區(qū)也相應(yīng)地比圍繞半人馬座的鄰近的星星更接近中心恒星。 另外由于兩者非常接近，天文學(xué)中常見的現(xiàn)象之一就是潮汐鎖定的發(fā)生。 潮汐鎖定只看到了行星向著中心恒星的一面。 從某種意義上說，這和我們熟悉的月亮很像，只能看到月亮的一面。 因此，行星總是面向中心恒星的一面溫度高，另一面溫度低。

除 潮汐鎖定外，還有比中心恒星頻繁爆炸更重要的問題。 盡管半人馬座的質(zhì)量比旁邊的星星小，但爆炸頻率和釋放能量卻比太陽大得多。 半人馬座在地球上用來殺死病菌的紫外線強(qiáng)度比在旁邊星球上受到的紫外輻射高100倍以上，對行星生命來說無異于災(zāi)難。 更糟糕的是，潮汐鎖定后，根據(jù)現(xiàn)有理論，行星產(chǎn)生磁場的可能性變得非常小，如果持續(xù)猛烈的恒星風(fēng)，即使行星上有大氣，也會隨著恒星風(fēng)逐漸逃逸消失。