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写在流浪地球上映前的几个科普提醒

只看楼主收藏回复

流浪地球是大刘相对早期的作品,但是我们仍旧能够从中看到非常好的文笔 剧情安排 情节冲突 人文关怀,特别是最后太阳爆发前的华彩乐章,看过的一定能感受到极强的心灵冲击


IP属地:浙江1楼2019-01-19 22:14回复
    yvvr123、人生飞扬66、a371455393. . . 被楼主禁言,将不能再进行回复
    大刘自己也说过,他是飞船派。但是,带着母行星去流浪,文学美感那是没得比的。这点我完全赞同。
    这里先说第一点,为何要使用离子发动机。可以说,大刘在这方面做了深入的研究,选择了最正确的模式。
    当然啦,各位肯定想得到,化学火箭想把地球推动,那是做梦
    事实上,如果时间足够,比如说有几万年甚至几十万年的准备,那么使用引力摆渡可能是更好的模式,我们可以通过一个个有意识的引力安排,让地球轨道慢慢的移动出去。现在这种模式当然不行,光子发动机只能用于飞船,至于曲率驱动什么的,那是无轨电车式科幻,不是这种合理推测的科幻,我们不讨论


    IP属地:浙江2楼2019-01-19 22:22
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      相比于化学火箭,离子发动机的最大优势就是比冲特别大。说实在的,发动机方面我非常业余,好在现在资讯足够发达,你只要认真的去学习,知识还是能学到的
      使用电磁加速,我们很容易把离子加速到一个极高的速度,这样来说,效率就比化学火箭高得多。比冲的基本定义就是,消耗单位质量的推进剂,能产生多少冲量。当前的离子推进器,比冲是化学火箭的至少10倍,排气速度可以达到100倍以上。
      像小说中这样的离子推进,本身就是一个粒子加速器,可以把离子加速到接近光速。
      但是离子推进的一个最大问题就是,推动力极小,这是硬币的两面——你不能指望在单位输入功率一定的情况下,推力又大、效率又高,这2点本身就是自相矛盾的。当然,如果我们能极大提高输入功率,比如使用反物质推进,另当别论——显然不能用于推动地球吧


      IP属地:浙江3楼2019-01-19 22:37
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        当前离子推进的非常有名的案例,就是访问小行星的黎明号探测器。它只携带了很少的Xe,但是却能产生很好的效果
        大家可能想象不到,它的离子推进的推力是多少——只有10g,没错,就是2张A4纸这么点重量……
        所以,这种推动力绝对不可能用于发射飞船,像星球大战中X翼战机这样的高机动性,也是绝不可能的……
        然而,NASA为何要用它来推动呢?原因很简单,在太空中,这么点极小的推力,只要持续推动下去,其累积效果是很强大的
        黎明号自重747kg,燃料470kg,花了4天时间,能够从0加速到10km/h(别昏倒,这个加速,普通轿车只需要2秒,超级跑车3秒能加速到100km/h)。但是,这个发动机能够连续工作10年,哪辆轿车能够不加油持续开一天的?
        所以最后黎明号能够加速到11km/s(注意现在的单位是秒,最初的单位是小时)——不计地球的初速度


        IP属地:浙江4楼2019-01-19 22:53
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          从这些知识我们就该知道,在地球上使用离子发动机,这种发动机必须在真空中工作!
          原著说到的11km高,显然是不行的,这么小的推力如果作用于大气层,事实上是无法产生真正的推力。
          这些喷出的离子与大气产生的相互作用,只相当于地球系统本身的内部作用。只有这些离子离开地球本身,才能产生足够的推动力。当然咯,离子发动机的效率就是能保证长期工作,当地球远离太阳,整个大气层都冰冻在地面的时候,这是离子发动机就能发挥足够的效用了


          IP属地:浙江5楼2019-01-19 22:59
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            那么,我们来算算,在最理想状态下,离子发动机需要消耗多少的原料呢?
            按照小说设定,2500年后到达南门二,那么很简单,最终速度应该是4.2/2500=0.00168c,这个速率约为500km/s
            各位,宇宙是如此的浩渺,这个500km/s事实上已经比太阳风的平均速度200km/s快得多了,但是还需要2500年才能到达南门二
            然而,要达到这个速率,最最理想状态下,也需要把0.0016地球质量的物质转为离子,以接近光速喷出去。事实上,从缓慢加速以及效率各方面来看,需要消耗至少0.003个地球质量,看起来只有一点点,但是且慢,整个地壳只有0.42%的地球质量哦……
            要把地壳下方的地幔,抛出去与地壳几乎相等的质量,地壳会变得怎么样,各位想过么?毫无疑问的,地球会天天都出现大地震的,也许最初阶段不会(我们可以先消耗高山),但是很快的10级地震会在全球出现,最后大地会开裂的


            IP属地:浙江6楼2019-01-19 23:13
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              这个吧没人么……
              本文该加精品吧


              IP属地:浙江7楼2019-01-19 23:22
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                我们继续说,为何大刘要写带走整个地球
                当年刘慈欣写作时,好像我记得《生物圈2号》计划刚刚失败,而且迄今为止,我好像没看到有一个报道,说局部生物圈计划已经成功的,能够长期维持下去的。
                所以,作者写了要把整个地球带走,这个文章中曾经有专门的铺垫和讨论
                然而问题的关键是,地球的整个生物圈系统,其实是个很脆弱的系统,我们现在的生物圈,与恐龙时代有着巨大的区别。而地球流浪过程中,其他都不说,只说冰冻的2500年,整个地表生物圈早就彻底灭亡了。我们现在去西伯利亚的冻土层中,难道能挖出椰子的果实么,还能让它复活么!?
                在地球流浪的过程中,最最理想的状态下,浅滩、湿地生物圈早就完全被破坏,即使后面生命重新启动,事实上那时的新生物圈,就相当于恐龙灭绝后的第三纪,只不过人类是那个没灭绝的恐龙而已!


                IP属地:浙江8楼2019-01-19 23:30
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                  果壳网讨论过长距离航行的生存问题,也讨论过剩下人类怎么活的问题,我这里就不再重复了
                  简单的说,如果人类剩余的要活下去,至少要保留大概100万人口吧,剩下都自愿死亡最好,否则怎么减少人口可是个极为困难的难题。在冰冻地球,要养活这100万人口,维护10万个行星发动机(我没记错吧),可是个极大的难题哦。没有了太阳能,怎么保证碳氧循环(不是太阳核心的那个循环哦)都是极大的问题,或者从本质上说,我们的能源从哪里来?
                  顺带说一下,前面我们假设离子发动机能够把离子加速到接近光速,这更需要极大的能源,这些能源从何而来?


                  IP属地:浙江9楼2019-01-19 23:40
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                    明天有空的话,我来说最大的一个错误——让地球停转


                    IP属地:浙江10楼2019-01-19 23:41
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                      感觉还是经不起科学推敲


                      来自Android客户端12楼2019-01-20 01:55
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                        在开始今天的帖子之前,我认为首先要感谢大刘写成了壮丽的史诗篇章,他在作品中展示的人文情怀,超越了国家、民族,体现了最高的人类大爱。
                        他的作品格局,使得前面那些《星球大战》、《星际迷航》,尤其是日本人写的那个银河系战争(虽然设定很渣,名称都忘啦,但是那句 我的征途是星辰大海,倒是真正的名句),完全是小孩子过家家的游戏,只不过把二战甚至一战的海战,搬到了太空中罢了,根本什么都不是


                        IP属地:浙江13楼2019-01-20 11:00
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                          很不错的科普帖


                          IP属地:浙江来自Android客户端14楼2019-01-20 11:04
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                            昨天说的离子发动机,我只说了理想状态下的质量消耗,但是其实我们还需要极大的能量,来加速这些离子。
                            虽然电磁相互作用力是引力的10^32次方,所以圆珠笔杆摩擦头皮产生的库仑力,就足以对抗整个地球对小纸片的吸引力。但是,我们现在需要的是把离子加速到接近光速,这个输入能量可不得了。
                            欧洲的LHC是人类当前最大的环形加速器,我没有仔细核对原始资料,看WikiMapia中写的是,超导磁铁中的总能量大约是100亿焦耳(J是个不大的能量单位,1N的力做功1米的能量,或者说把100g的苹果提高1米的功),而粒子束的总能量约为7亿J。
                            但是,维持超导磁铁本身还需要极多的能量来降温,我们这些进行粗略估计,能量输入与最终离子携带的能量比大约为10好啦。对于黎明号来说,没问题,因为它在太阳系中,可以使用太阳能电池供能,加速使用的是高磁通的永磁体,并不需要把氙离子(离子本身质量大些,那么从冲量来说,也会大些)加速到太高的速度;
                            然而行星发动机可不行了,根本没有这么多的太阳能供地球使用,大概把月球上的所有He3都用于核聚变能(假设人类已经掌握了该技术吧,这个假设应该没多大问题),也是明显不够的,更何况,大刘一开始就把月球给放逐了


                            IP属地:浙江15楼2019-01-20 11:19
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                              楼主,我有疑惑就是,地球刹车了,没了离心力,在只有公转的情况下,大气层会不会慢慢逃离到后半球,再消失在宇宙中。还有近日点相比金星会不会更糟,如果更糟,那地球的水怎么办。


                              IP属地:浙江来自Android客户端16楼2019-01-20 11:23
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