《流浪地球》里的科学故事

新闻背景

　　大年初一，中国科幻电影《流浪地球》登陆各大影院，在竞争激烈的春节档期收获票房冠军。电影根据刘慈欣同名科幻小说改编而来，讲述了一个发生在不远未来的故事：太阳急剧老化，随时都有可能进入到红巨星的膨胀阶段，地球也将因此被吞噬。在此危急关头，为了地球人的存亡，地球上的联合共和国作出了一项紧急决定，在地球上建造上万座重核聚变行星发动机，每个产生上百万亿吨的推力，把地球当成一个庞大的宇宙飞船，驶离现有轨道，驶向距离太阳系最近的一颗恒星——比邻星，从而开启了一段长达2500年的星际旅行。

　　今天，我们就电影中涉及到的一些科学故事来聊一聊，也不失为一件有趣的事。

　　太阳什么时候会灭亡？

　　太阳诞生于约50亿年前的一次星云坍缩，太阳系的其它行星紧跟其后。太阳提供的能量来自于其中心氢气的聚核反应，如同大量氢弹在太阳内部不断爆炸，按照现有的数据估算，这种聚核反应总共将持续约100亿年，所以，太阳还可以再燃烧50亿年左右。

　　在小说《流浪地球》中，科学家发现太阳异常，并预测太阳将进入红巨星膨胀阶段，在接下来的数百年时间里淹没地球轨道。红巨星是恒星燃烧到后期所经历的一个较短的不稳定阶段。不过人类学家曾经估算过，因为周围环境的各种变化，人类在地球上还可以存在的时间大约是200万年。而物理学家霍金曾经更为悲观，因为人类使用能源的没有效率，预言几百年后就需要考虑离开地球。

　　在某个时间，地球在被淹没之前就已经移到太阳系的宜居区之外，不再适合生命存在，反而在那个时候，火星将完全进入宜居区。

　　比邻星是可能的归宿吗？

　　半人马座比邻星是除太阳之外距离地球最近的一颗恒星，距离我们4.2光年。如果真的有“流浪地球”计划，地球真的流浪到半人马座比邻星周围，那里的环境适合人类生存吗？

　　根据哈勃等强大望远镜对于半人马座比邻星的多项观测，我们还是可以了解到有关这个恒星的不少信息。半人马座比邻星质量只有太阳质量的七分之一，属于红矮星，它的亮度比太阳低。

　　在刘慈欣写《流浪地球》这篇小说的1999年，人们并不知道半人马座比邻星周围是否有行星存在。而在2016年年底，欧洲南方天文台一个名为“黯淡红点”的发现让天文学家和大众都非常兴奋——科学家们在半人马座比邻星周围发现了一个和地球非常类似的行星，它的质量大约是地球质量的1.3倍，公转周期为11.2天，位于半人马座比邻星的宜居区当中。天文学家使用了一个名为“地球相似指数”的参数，来描述这一行星和地球的相似度，“黯淡红点”的相似指数高达86%。

　　即便如此，这颗行星的某些性质与地球仍相差甚远。因为半人马座比邻星质量远低于太阳，所以围绕半人马座比邻星的宜居区也相应地更加靠近中心恒星。又因二者非常靠近，天文学中非常常见的一种现象便会出现——潮汐锁定。潮汐锁定使得行星只有一面朝向中心恒星。在某种程度上，这类似于我们熟悉的月亮，我们只能看到月球的一面。所以，行星永远朝向中心恒星的一面温度会很高，而另外一面温度很低。

　　在潮汐锁定之外，还有一个更为重要的问题，那就是中心恒星频繁的爆发现象。尽管半人马座比邻星质量比太阳质量小，但它的爆发频率和释放出来的能量要比太阳大得多。半人马座比邻星的行星上所接收到的紫外辐射，比地球上用来杀死病菌的紫外线强度还要高出100倍以上，这对于行星上的生命来说无异于一场灾难。更糟糕的是，一旦潮汐锁定，根据现有的理论，行星产生磁场的可能性就会非常小，如果剧烈的恒星风持续吹来，即便行星上有大气，在恒星风的作用下也会逐渐逃逸直至消失殆尽。

　　基于对半人马座比邻星环境的以上推测，半人马座比邻星可能并不是一个非常适合地球流浪的目的地。也许，随着科技的高速发展，人类还可以找到除太阳之外距离地球较近、周围有“地球相似指数”较高的宜居区的另一颗恒星。