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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，隨時都有可能進入紅巨星膨脹階段，地球也會因此而被吞噬。 在這場危機中，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，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)哈勃等強力望遠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。 由于半人馬座的質(zhì)量遠遠低于鄰近的星星，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，即使行星上有大氣，也會隨著恒星風逐漸逃逸消失。