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小火箭聊流浪地球之二

小火箭出品

本文作者:邢強博士

本系列分5篇共11409字,88圖。預計閱讀時間:1小時5分鐘

本文是第2篇。

按小火箭的計算,在太陽到達金星軌道之後5年的時間內,地球的地表溫度就將超過1200℃,地球變成一個熔岩紅球。

最終,我們的地球,也就會在太陽逐漸膨脹的過程中,被活活吞噬。

不過,在那之前,如果爆發氦閃的話,地球死得會痛快一些。

氦閃:0.8倍到2倍太陽質量的恆星核心,在紅巨星階段非常短暫的熱失控核聚變。

在太陽變成紅巨星的過程中,如果爆發三氦反應,生成碳的話,地球就會提前完了。

太陽在核心的氫耗盡時,還無法進行氦融合反應來對抗自身的強大引力。氦以量子狀態苦苦支撐與對抗重力,當他終於無法阻擋引力坍縮的時候,自身也就到了能夠聚變的超級高溫。

2個氦聚變成鈹-8,但是鈹-8極不穩定,又時又會變回氦,但是如果此時正好捕獲了第3個氦,就會產生3氦反應,生成穩定的碳。於是一發不可收拾,這樣的反應會繼續下去,在幾分鐘內,太陽會爆發出相當於年輕時代的釋放的所有能量總和的巨大能量。

地球,那時候會瞬間汽化,毫無生存機會。

(有關太陽流體靜力平衡的計算和氦閃爆發的幾率探討,我們後續進行。)

這就是人類為什麼要研製並乘坐宇宙飛船飛走(飛船派)或者帶著地球一起流浪到半人馬座(地球派)的原因:

年老的太陽,會膨脹,會氦閃,為了保留人類文明的火種,只得流浪。

當然,並不是所有的恆星都會變成紅巨星或者發生氦閃。那些大個頭兒的恆星就不會。

小火箭在上圖,給出一些大恆星的範例(從左到右):

太陽在上圖是一個像素點。圖片左側的三條橢圓弧線分別代表地球軌道(灰色)、木星軌道(紅色)和海王星軌道(藍色)。

在銀河系內,迄今為止,人類所知的最亮的恆星,手槍星(藍色,太陽質量的80~150倍,太陽半徑的306倍 );

仙后座ρ星(黃色,太陽質量的14~30倍,太陽半徑的400~500倍 );

參宿四(紅色,太陽質量的7.7~20倍,太陽半徑的950–1200倍);

大犬座VY(紅色,太陽質量的9~25倍,太陽半徑的1300-1540倍)。

那些大傢伙,在氫耗盡後,會變成:黑洞!

嗯,還是我們的太陽溫柔一些,氦閃就氦閃吧,反正到時候人類應該已經想出辦法閃走了。

預計太陽下次氦閃發生的時刻:62億年後

我們人類還有一些時間,考慮怎麼解決。

到那時,如果小火箭還在的話,一定和當前小火箭計算中心的計算結果進行核驗,並向大家直播這一盛景。

自轉

影片中,人類用巨型發動機在赤道產生切向力,讓地球的自轉漸漸減慢,最終停止。

為什麼要讓地球先停止自轉,然後再去流浪呢?

地球是在自轉的,如果不先停轉,那麼分布在全球的多台發動機就難以形成合力,也就無法產生推動地球變軌的巨大推力。

小火箭的好友大多是火箭工程師,對這一點大家已經基本上形成了共識。

不過,在大劉的《流浪地球》之前,有一些讓星球去流浪的設想,就沒有先停止自轉。

比如阿西莫夫的《神們自己》中,發展了月球文明的地球移民者,不願意和地球人磨嘰了,就啟動發動機,帶著月球去流浪了。

反正月球居民原本就住在月面以下,影響也不大,同時發動機的推力是足夠的(那是能夠從平行宇宙獲取巨大能量的bug級別的能量源)。小火箭當時估算了一下推力,也是服氣的。

大劉的設定和阿西莫夫博士的設定不在一個宇宙,他們的物理常數都能變。另外,咱們推的是地球,他們推的是月球,暫且不在一起討論。

斯坦利·施密特在1976年的科幻作品中,同樣是為了在太陽變成紅巨星之前拯救地球,把地球當做了一艘巨大的救生艇。

斯坦利博士做過計算,認定地球的自轉是個沒辦法繞開的問題。

他是怎麼解決的呢?

答:把巨型發動機安裝在地球的南極。這樣,整個地球就成了一枚自旋穩定的火箭了。

嚴格來說,地殼是指地球地表至莫霍界面之間一個主要由火成岩,變質岩和沉積岩構成的薄殼,是岩石圈組成的一部分,平均厚度17公里,地殼下面的是地幔,上地幔大部分由橄欖石(一種比普通岩石密度大很多的岩石)構成。

地殼和地幔之間的分界線被稱為莫氏不連續面。地殼的質量只佔全地球0.2%,按結構分為大陸地殼和海洋地殼兩種。大陸地殼有硅酸鋁層(花岡岩質)和硅酸鎂層(玄武岩質)雙層結構,而海洋地殼只有硅酸鎂層(玄武岩質)單層結構,陸地的地殼平均厚度有33公里,海洋地殼平均厚度只有10公里。

所以說,按小火箭的說法,把地球當做一枚火箭的話,從火箭總體結構力學的角度來分析,是不可行的。

無論是大劉的分散式發動機 停轉方案,還是斯坦利博士的南極發動機 自轉,最後都會在地球達到光速的千分之一以前,甚至剛剛啟動,就像破了殼的雞蛋一樣,碎掉了。

不過,如果結果問題能夠解決,那麼,大劉和斯坦利博士,誰的方案更好呢?詳見下文。

《小火箭聊流浪地球之一》

版權聲明:

本文是邢強博士原創文章,騰訊獨家內容。歡迎朋友圈轉發,引用部分內容請註明出處。

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