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真能製造出「流浪地球」那行星發動機,推動地球離開太陽系嗎?

在現實中真的不大可能呢。即便有先進的核聚變技術,也很難簡單地靠製造類似噴氣式飛機引擎那樣的發動機,利用動量守恆,來推動地球,因為要「噴」,就要有足夠的物質能夠用於噴射,地球要是把自己的物質都噴出去了,那就如何能維持地球「圓滿」到達目的地呢?

動量= 質量x速度

動量守恆的定律非常容易懂,就是噴射除去的物質的質量與速度之積,要與被推動的物體的質量以及產生的推動速度之積相等(可以簡單理解為「正反動量」數值上要相同,方向要相反)。

而正兒八經的動量守恆定律則是指系統初動量(不管有多少物體)與末動量要相等(守恆),這個地方就不展開說了,大家可以自行腦補。

依靠動量守恆的方式來推動的發動機需要噴出大量的物質

《流浪地球》當中的行星發動機完全可以類比燃氣灶,燃氣灶通過火焰的化學能量噴出氣體,然後產生一個向下的壓力,因為氣體的質量太小,而噴出的速度也不高,總動量不大,所以幾乎不會對灶台以及地球產生什麼推力。而且,噴出的氣體的動量實際上也被地球的大氣吸收了,這些動量最後還是會反作用於地球本身,因此燃氣灶產生的推動動量實際上還是在地球這個系統內的——除非,它的火焰能夠噴射到外太空……

網友用燃氣灶來模擬行星發動機—。嘿,還真像。

換成《流浪地球》當中的行星發動機情況就略有不一樣了,但行星發動機面臨的技術挑戰也跟爐灶是一樣的,他首先需要噴出物質,而且必須要具備很高的動量,我們來算一算:

地球的質量約為5.965×10^24kg,所以讓地球產生1m/s速度的動量就是 5.965×10^24kg·m/s。

如果地球噴射出去質量為1000噸(1*10^6kg)的物質,那麼必須要達到5.965×10^15km/s的速度(不用數有多少個零了,這已經超過光速了無數倍了,光速是3*10^5km/s),才能使地球達到產生1m/s的反向速度,顯然是不可能的。

那麼,我們就降低速度到一個現實一點的速度吧,每秒1萬千米——那麼需要噴出多少物質呢?

5.965×10^24kg·m/s除以1x10^4km/s,等於5.965*10^20kg的物質,合596500000000000000噸,相當於萬分之一個地球。

這就有點不現實了,如果要讓地球產生1m/s的速度,那麼就必須要噴出萬分之一個地球的物質,那麼要產生1km/s的速度,那就需要噴出十分之一個地球——天啦嚕,這完全是敗家子的操作呢!

以這樣的發動機來推動地球顯然是不可能的,即便是核聚變,也不能解決需要噴出許多物質的問題,核聚變甚至還有質量損耗,且核聚變的反應產物中能夠發射到外太空的應該基本上是光能,或許只能藉助光壓技術才能產生推動力,但光壓也是遵循上述動量守恆產生推力的,也就是說聚變的質量損耗產生的光的動量最終還是要用動量守恆來計算對地球的推動力,那就跟前面的情況差不多了。

光壓產生的機理——還是動量守恆定律。

此外,行星發動機的那種「噴」發,必然會裹挾大量的地球大氣噴到太空中,如果這樣的話,就不會存在電影劇情中地球大氣被木星捕獲的情節了,如果沒有東西噴出去,遠離地球而去,那麼地球就不會動了(就像在水中划船,沒有向後遠去的水流,船就不會動)。

所以,地球要流浪真是不容易的,劉慈欣考慮藉助太陽和木星的引力彈弓效應是必然的二級推動措施,這個方案或許是可行的,但是在地球開始流浪的第一步,要產生初步的推動力(如上面計算的那樣),對拋出物質的需求也是巨大的,這個大家可以自己去假設和演算下,應該蠻有意思的。

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