不要談什麼流浪地球，畫地為牢才是我們的真解

　　來源：中國科普博覽

　　隨著電影《流浪地球》的熱映，大家對其物理學方面的可行性開始進行討論。然而在小說原著中，文章一開始就提到了對生態問題的擔憂，而後也花費大量的筆墨描寫了環境惡化，這是大多數未看過原著的觀眾所不了解的。當然，為了凸顯人類面對絕境所爆發出來的大無畏精神，電影還是弱化了「流浪地球計劃」對環境的破壞和對整個人類的影響。那麼在這篇文章里，筆者將與大家探討一下如果真的執行計劃，地球會遭受怎樣的破壞。

　　弄停地球，你以為來的只有海嘯？

　　根據電影情節，流浪地球計劃一共分為五個階段，其中的第一步是用地球發動機使地球停止轉動，使發動機噴口固定在地球運行的反方向。相較於影片中的描述，由於剎車時代長達42年，無論地球上的冰川是否融化，由此而產生的超級海嘯和海平面上升其實並不恐怖，這種緩慢的降速並不是發生超級海嘯的原因。可是對於地球來講，水體變化其實並不是最敏感的，大氣發生的波動才是必須要擔憂的大問題。

　　1、大氣環流受影響，帶來超級風暴

　　這是由於氣體質量更小，一旦受到外力，更容易發生變化。可以使行星停止轉動的赤道轉向發動機，噴出的工質將足以劇烈地改變大氣環流，這大概個什麼景象呢？

　　首先看局部圖，行星發動機的高度雖然在已經在萬米高空，空氣已經較為稀薄，但是依然在大氣層的底部，還處於對流層之中，會對超過百分之五十以上的大氣進行加速。這就像一個吹風機，雖然相對這個室內空間來說對周圍的空氣影響不大，但是對風筒前面的區域還是有很顯著的影響。最關鍵的是影片中的這個風筒口比一個體育場還大，如果連續工作42年，災難性的後果可想而知。

行星發動機噴射的工質在大氣中的狀態的示意圖，來源：作者自製

　　再從整個地球大氣環流的角度來講，當數以百計的赤道轉向發動機沿地球切線方向連續42年工作後，地球的大氣環流就完全不同了——原始地球的大氣環流是從赤道向兩極分為三個層次，高壓低壓相間，相互影響也彼此依存，致使全球性的大氣運動不會特別劇烈。

正常狀態下地球的大氣環流示意圖，來源：作者自製

　　當剎車時代開始後，赤道區域的全球大氣將自西向東朝一個方向運動，這在原著中並沒有考慮到，而到了影片中則對這種情況專門做了說明。但是考慮到行星發動機噴發的超高速工質，對於大氣環流的影響還是偏於樂觀了，相比之下，兩極地區反而成了風水寶地。

受行星發動機影響後的地球大氣運動模式示意圖，作者自製

　　越來越快的大氣運動將演變成常態化的超級風暴，而這種超級風暴對於地表的高大植被以及生物有著巨大的殺傷作用。更嚴重的後果是越高的建築所遭受的影響就越大，這令具有11000米高度的行星發動機的設計和建設難度又增大了不少。

　　2、不是進入冰期，而是焚山煮海

　　接下來我們把目光放的更遠些，從赤道轉向發動機擴大到全球12000個行星發動機，在影片中因為地球逐漸遠離太陽，設定為在零下70多度的極寒條件下求生。但是我們復盤一下建造一萬兩千座推動地球的行星發動機，以及位於發動機正下方的地下城，就可以得到不同的結論。

　　根據原著，這些發動機位於北半球，且分布於亞洲板塊和美洲板塊的大陸上，因為只有這兩個完整堅實的板塊才能夠承擔發動機對地球的巨大推力。按照這一設定，我們需要在不到7000萬平方公里的範圍內建設12000多台行星發動機，每座發動機之間的間隔大約也就70公里；至於發動機多大，書中並沒有明確的說明，只是通過參觀「華北794號山」發動機側面描寫了發動機的巨大——11000米的高度，即便發動機露出地表的部分呈一個等邊梯形也將有12.7公里的直徑。所以在視覺中，真實的行星發動機分布圖應該如下所示。

全球範圍行星發動機佔地及分布示意圖，來源：作者自製

　　我們按照原著要求隨機生成12000個點，為了防止點的大小會隨著比例尺自動變化，又以點為中心按照我們上文設想的行星發動機的佔地半徑設置緩衝區，最後成圖，密密麻麻的分布是不是看著很酸爽。

　　當然如果我們放大看細節圖，行星發動機的建設密度其實還是比較可行的——比地級市的密度還要大一些，應該是分擔了南半球其他地區轉移過來的居民。因為行星發動機除了為「流浪地球計劃」提供運動的動力，更主要的是提供地下城市的能量，畢竟對於高度發達的人類文明來講，有了能量幾乎就有了一切。

華北局部地區行星發動機佔地及分布示意圖

　　但如此高的密集度並不是困擾我們的最大問題，難以消耗的熱量才是。對航天器有所了解的人對此應該不陌生，航天器的能量從來不是困擾設計者的最大問題，航天器的熱平衡（產生熱量和熱量散失之間的動態平衡）同樣是非常重要的課題，一旦設計出現問題，航天器的壽命就會大打折扣。

　　同樣道理，地球這個半徑超過6000公里的航天器依然也會受其困擾。飛向比鄰星的地球接受太陽的輻射在逐漸變小，但自身攜帶的12000座等離子的行星發動機所產生的廢熱足以將地球烤得比曲奇還酥脆。退一萬步講，彼時人類的技術水平大幅提高，行星發動機的效率高的超乎我們的想像，而且，發動機地下部分產生的廢熱可以用於地下城的能量供給。但就像前文說的，行星發動機的高度遠低於大氣的厚度，會一直對大氣做功，除了加速大氣的運動，更大的影響就是劇烈加熱大氣：要知道，行星發動機的佔地面積接近地球5%的陸地面積，你可以想像在一平方米面積大小的生態箱中放一個小腿那麼粗（直徑25cm）的酒精噴燈？（PS：原著中也將行星發動機稱為「上帝的噴燈」）——嗯，這是要做干鍋牛蛙吧。

來源：作者自製

　　如果依然難以理解，我們不妨換個角度，隨著行星發動機的運轉，每時每刻都有無數輛巨大的裝載車進行裝料工作，而所謂的燒石頭進行的是重元素聚變，也就是意味著地球可以看成被無數顆氫彈不停的轟炸，托我們賴以生存的大氣層的福，這種數量級的能量，地球根本無法向宇宙空間消化。

　　屆時，地球即便沒有太陽，但憑藉努力自己成為了一顆偽恆星，我們擔心極寒的天氣么？我們該關心的是海洋究竟是沸騰了，還是氣化了！漢語中有一個成語——焚山煮海，用在這種情況下最適合不過了。

來源：作者自製

　　為什麼要打包地球呢？

　　當你跨過山和大海，也搞定了人山人海，成功的完成「流浪地球計劃」的前期工作，從剎車時代進入了逃逸時代，開始我們的星辰大海之旅。但忽然發現，地球被這麼一折騰，忽然間你就差不多成為孤家寡人了，因為世界上大多數的生命根本無法適應流浪地球計劃對地球激進的改造。

　　比如在計劃的籌備階段，如此規模的建設會導致地表植被的大量死亡，即便有海洋中的藻類依然可以光合作用，但氧氣依然難以得到及時補充，你會發現12000座超級工程的行星發動機的建設工作變得更加困難，人類甚至不相信自己可以熬到計劃的全面實施階段；再加上建設超過10000台行星推進器時冶煉金屬所消耗的氧氣同樣不可小窺，此時的人類不得不面對一個巨大的問題，我們的氧氣不夠用了。

　　再退一步講，我們可以憑藉技術獲得足夠的氧氣，但二氧化碳、甚至氫氣等氣體含量卻會大量增加，人類可以選擇性的利用氧氣，但絕大數的生命難以面對這種變化，這種生態的毀滅性的破壞是短期內難以恢復的。

　　1、地球的生態系統無可比擬

　　事實上，如果按照電影（或者小說）交代的背景，從「流浪地球計劃」還未開始，就需要對地球上的物種進行必要的處理，保證當到達目的地時能夠重新繁衍發展。所以在太空站中才有對大量物種的備份，但這種數量級的備份可能只是杯水車薪。

　　所以，同建造一艘或幾艘超級星際飛船比，打包整個地球仍有巨大的優勢：最根本的原因就是地球的元素丰度對於我們人類和已經適應這一環境的生命來講，是無可比擬的。雖然歷史上地球同樣經歷了數次絕滅，但只要地球自身保證完好，一切就還有轉機。而即便再大的飛船，相對於地球其生態系統依然顯得過於簡單，打包地球實在是一個極具性價比的買賣。

　　我們在上世紀80年代曾進行過著名的「生物圈2號」實驗，依靠美國石油大王洛克菲勒為主的幾家財團，委託空間生物圈風險投資公司承建一個佔地12000平方米，容積達141600立方米，力求物質閉環而信息開放的封閉空間。在空間內部承載5個野生生物群落和兩個人工生物群落，以地球熱帶生態系統為樣板，涵蓋約4000個物種，其中動植物約3000種，微生物約1000種。

　　然而就是這麼一個經過縝密設計且看似規模不小的生態系統，僅僅過了兩年就由於氧氣和二氧化碳比例失控而宣告失敗。所以，諾亞方舟也就只能作為一個傳說罷了，更何況還要歷經一百代人的努力才能到達目的地的星際旅行。

生物圈2號的實驗場所，來源：公有領域

　　2、自古以來的家國情懷

　　當然，這一選擇最重要的還是我們中國人自古以來的家國情懷、安土而重遷；歷史上，同樣面對洪水，我們祖先的選擇就一個字——干，大禹治水，鑿山疏堰；而西方卻選擇了諾亞方舟。同樣是天出了問題，我們或射日，或補天，從未選擇放棄家園，有塊地，給點水，給點陽光，我們就能種出一個世界。

　　與其到時流浪，不如好好保護

　　自《流浪地球》上映以來，大家都熱衷討論「流浪地球計劃」的物理學可能性，但是，別人都關心你飛得遠不遠，只有我們地球科學工作者才關心你飛的慘不慘，作為地球科學工作者，更關注的是地球現有的環境和資源，那麼慘烈的局面我們肯定搞定不了，但是那些叫囂小破球我們走的小夥伴，你們把地球搞的千瘡百孔還想飛離太陽系，這麼異想天開的工程，你們的開發利用方案是不會通過環評的。

　　按照影片的設定，經過了100代人的努力，泊入到比鄰星軌道，地球可能已經不是那個地球，家園也可能已經不再美麗。有人大致算過，不考慮技術等一系列問題，單純達到5%光速，地球就需要失去9.5%的質量，這意味地殼和大部分的上地幔都保不住了。但我希望我們還是不要打地球表面那一點點水體的主意，不然，到了比鄰星，我們依然無法從頭開始，那裡依舊是離家最遠的地方；與其夢想著帶著家去遠方，不如好好維護我們的地球。

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