春节期间一部《流浪地球》刷爆了朋友圈，不知道你是否也被这部国产硬核科幻电影震撼到了呢？
但其背后的科学知识和映射出的环境问题你都知道吗？今天就带大家一起探究故事背后的科学奥秘。
为了打造中国第一部真正的硬科幻电影，剧组做了大量的功课，整部电影对太空、航天、机械等有着丰富的表现。无论你是不是科幻迷，这都是一部值得二刷三刷的电影！
硬科幻的魅力是什么？大概就是能跳出故事本身，让我们对生活产生不一样的思考。现实中，“流浪地球”真的可能发生吗？明知靠近木星有危险，为什么地球还要走这条路？
带着种种疑问和思考，科普中国为大家整理了以下出现在《流浪地球》中的重要知识点。
1
为什么要去木星？
故事背景是这样的：太阳急速老化，不断膨胀，太阳系已经不适合人类生存，于是人类为自己选了一个新的家园——比邻星（半人马座三星）。
比邻星同太阳一样，都是恒星，但质量只有太阳的八分之一。
地球是个庞然大物，半径6371公里，重达59万亿亿吨。但人类造出了同样庞大的行星发动机，足以在5年左右将地球推进到逃逸速度（脱离太阳引力的最低速度）。
但这个速度还远远不够。比邻星（半人马座三星）距离地球4.3光年，如果按照逃逸速度航行，需要7.7万年才能抵达，这实在是太漫长了！
即使行星发动机继续加速，达到光速的百分之一仍然不可行。于是人类想到了借助木星的“引力弹弓”，令地球零消耗改变方向、提升速度，最后到达比邻星。
那为什么行星发动机不能加速到百分之一光速呢？这是因为行星发动机的能量来自“重元素聚变”。
2
重元素聚变有什么限制？
所谓重元素聚变并不是什么稀奇玩意儿。在宇宙深处有不少恒星“巨无霸”，内部就在进行着重元素聚变。
重元素聚变的质能转换效率是相当低的。最乐观估计，地球要达到逃逸速度，也必须烧掉7亿亿吨的石头，相当于把全球的地面挖掉40米做为燃料；要达到光速的百分之一，则必须削去地壳的一半。
如果无法靠自己的力量推动地球，那就借助精巧的轨道计算，利用天文尺度的力量——万有引力。于是人类将目光投向木星，这就是电影前半段上演的。
3
木星的引力弹弓是怎么回事？
航天中存在引力弹弓现象，利用它，可以令航天器零消耗低改变方向、提升速度，送达目标轨道。
引力弹弓一般发生在一对重量相差悬殊的天体之间。这里我们用木星（红色球）和地球（蓝色球）举个例子，如图a和图b所示。
地球以速度V靠近木星，而木星在轨道上以速度U运行↓↓↓
足够靠近后，地球被木星引力抓住，牵引，优雅地转体半周，然后像掷铁饼那样甩出去↓↓↓
感谢木星甘当人梯的奉献精神，地球获得了木星的轨道速度U，叠加上原有的速度V，速度增加到了U+V。地球的速度和能量都增加了，却没有消耗任何燃料，就奔着新家园去了。
但如果变轨时离一颗巨行星太近的话，这趟“观光旅行”可就要不怎么愉快了。
4
靠近木星时，行星发动机大批熄火
当地球靠近木星时，人类突然遭遇了巨大危机：数千台行星发动机故障熄火了，全球地震，火山爆发，岩浆吞没了地下城……
为什么几千台发动机会同时熄火呢？为什么地震、火山都赶在这个时候来凑热闹呢？这一切灾难的根源是“洛希极限”，简单说就是地球离木星太近了，太近会发生什么呢？
5
超过洛希极限会发生什么呢？
洛希极限（Roche limit）是天文学中的一个特殊的距离。当两个天体的距离少于洛希极限时，它们就倾向于被“潮汐力”撕碎。
计算表明，地球和木星的距离如果低于10.3万公里，那么大气就会在潮汐力的作用下脱离地球；如果距离低于7.44万公里，那整个地球都会被撕碎。
潮汐力有多可怕，我们拿一个茶壶和茶杯举例子：
我们在杯壁顶部倒一些水，让它在重力作用下向着杯底滑落。越靠近杯底，水滴会越拉越长，最后被拉扯到了撕裂的极限。这个极限就可以被认为是这个茶杯对水滴的“洛希极限”。
木星的引力场，实际上就是这样一个“茶杯”。地球尺寸很大，当它靠近木星时，离木星较近一侧受到的引力，将比较远一侧大得多，因此会像水滴一样被逐渐撕裂。
《流浪地球》电影中，地球已经到达了地木“流体洛希极限”（地木距离10.3万公里）。在此处，液体和气体不再能被地球引力束缚，而倾向于逃逸；而岩石还勉强能凭借自身的硬度坚持一会儿↓↓↓
再靠近木星一点，地球将进入地木“刚体洛希极限”（地木距离约7.44万公里）。在此处，就连坚硬的岩石都会被引力差撕碎，地球将彻底解体↓↓↓
可以想象《流浪地球》中，人类面临的是怎样的绝望了。太靠近木星不行，那样会被潮汐力撕碎；太远离木星也不行，那样无法借助引力弹弓变轨……
6
好的科幻对科学有指向意义
限于时间和篇幅，在此只能对《流浪地球》中两个关键情节的科学背景进行讨论。实际上电影中涉及的科学知识非常多，设定详实，且高度融入剧情。
最重要的是，它们引出了很多值得思考的问题。从这个角度看，一部好的科幻电影真的能开启观众、尤其是孩子们的想象力与求知欲。
好的科幻作品，尤其是硬科幻，对于科学会有比较强烈的指向意义。
联合国警告：离世界末日或许只剩21年！
不少网友评论称，《流浪地球》的故事一再强调“故土”、“回家”的概念，这非常符合中国的传统理念，确实，人类最终无法离开地球，就像婴儿无法离开母亲。
虽然《流浪地球》中“人类流浪计划”顺利进行，但其中反映给我们却是一个环境被严重破坏地球家园满目疮痍的场景。
这样悲惨的世界，使人类不得不去流浪，去未知的宇宙探寻自己新的家园！
有一天人类真的会灭亡吗？
那一天会离我们很远吗？
最近就有一则来自联合国的消息以及和一部纪录片要告诉我们：
如果我们束手就策，什么也不做的话，人类灭亡也许就在21年内会发生。
1
美国-50°C，澳洲50°C，地球乱套了
近日，美国中西部地区迎来了史无前例的极寒天气 。
部分州甚至气温低到零下52度 !
密歇根湖冻成了冰海……
尼亚加拉大瀑布都被冻住了...
芝加哥的渡轮生生走成了破冰船......
出门放个屁都会变成这样......
目前这场冷风暴已经导致了6人死亡，美国多地的公共服务也陷入了瘫痪，多架航班取消、多所学校停课。
美国国家海洋和大气管理局写道：美国中西部正遭受的这股极寒天气来自极地漩涡分裂。
不是说全球气候变暖了吗，怎么还会有如此极端寒冷天气呢？
BBC报道称，此次极地漩涡的出现与上月来自摩洛哥的暖流向上进入北极圈相关。这股暖流导致北极上空突然变暖，极地涡旋发生分裂，致使冷空气向南漂移。
因此，此次寒潮正是由于全球变暖导致的局部地区极端天气事件。
不仅仅是这次突如其来的极寒天气，当原本的气候规律被打破，气候变得像是一位经常乱发脾气不讲理的孩子，偏离平均态越来越远，振动越来越大。
暴风、暴雪、暴雨、干旱、热浪等异常天气席卷全球。
无论你身在哪里，逃到哪里似乎都无法躲藏。就在不久前，澳大利亚被高温炙烤，部分地区温度创造历史新高，甚至突破了50度！
其实，去年的地球也没有消停过。
7月份，瑞典的气温达到了30℃，发生了50余起森林火灾，其中10余起发生在北极圈内，欧洲北部地区气温比往年同期要高3℃到6℃。
去年8月份，日本继遭遇了几十年来最严重的暴雨洪水后，又遭受热浪袭击，导致死亡人数超过百人。
网友们把这次高温形容为：暴力式高温不由分说地，残暴地席卷日本各地。
北美地区也持续高温，美国加利福尼亚州北部山火燃烧了一周，迫使近4万人疏散。
世界气象组织副秘书长埃琳娜·蒙娜恩科娃这样说道：
“2018年将成为有记录以来最热年份之一，多国气温都已打破纪录，这并不令人意外。这些热浪和极端高温事件，与我们所预料到的温室气体排放引起气候变化而产生的结果相一致。这种情况不是未来将要发生的，而是现在正时刻经历的场景。”
如果任由全球变暖持续恶化，将来享用一杯美味的咖啡都可能会变得很奢侈了。
因为气候变化会导致原来的咖啡产地不再适合种植咖啡，继而咖啡产量减少，品质不如以前。
也就是说，消费者将来可能要用更多的钱来买一杯咖啡。而且它还不如过去好喝。
还有气温升高，冰川融化，海平面上升。
气候的极端变化会如同多米诺骨牌一般，成千上万的动植物都会有消失的危险。而一旦某一物种的消失造成食物链一环缺失，整个生态系统就会崩溃。
过去25年有3万亿吨冰融化，而其中一半是最近五年内融化的
2
离世界末日可能只剩21年
2018年10月12日，联合国气候变化专门委员会（IPCC）发布了一份重磅报告：《IPCC 全球升温 1.5ºC 特别报告》
这份报告引用了40个国家91位作者和编辑超过6000篇的科学文献，有全球数千名专家和政府审稿人一起贡献完成，得出的结论令无数人震惊：
目前全球气温较工业化前水平已经升高了1℃，如果按现有的温室气体排放速度，将在2030年到2052年之间升温到1.5℃，并将持续上升。
许多海边城市将因为全球变暖冰川融化而被淹没
而当全球升温超过1.5℃到达2℃时：99%以上的珊瑚礁将会消失，全球将至少增加4.2亿人口，面对频繁的极端高温热浪天气。由于气候变化而面临水资源短缺的人口将增加50%……
在2016年，世界177个国家签订了一条协议。
这就是著名的《巴黎协定》，其中最重要的一条是：全球气温升幅必须被控制在2℃以内。
然而近两年来，越来越频发的极端天气，全球多地因高温引发的大量死亡事件。让科学家们意识到，2℃这个目标已经不足以让这具「病入膏肓的身体」起死回生。
而1.5℃，将是地球这个危症病人所能承受的极限那我们现在已经用掉多少份额了呢？
1℃。
3
“我们曾有机会拯救自己...”
当全球升温1.5℃后，世界会变成什么样子呢？
这个所有人都不敢设想的结果被一部纪录片拍出来了——《愚昧年代》。
这部在豆瓣上评分高达8.7的纪录片，通过生活在2055年的档案保管员皮特的视角，向我们讲述，世界的毁灭其实是人类在公元2015以前累积的恶果。
虽然影片引用了未来的视角。但是开头的一段字幕为全片敲定了客观、真实的基调：
“本片关于未来气候的勾画，建立在主流科学预测的基础之上，其中引用的都是真实的新闻与纪录片的片段。”
在影片的开头，我们跟着镜头“环游”了全球，曾经醉生梦死的赌城达斯维加斯如今只剩断壁残垣，在漫漫黄沙中苟延残喘，狂沙将赌场的筹码深埋其中。
曾经高贵典雅、游客如云的悉尼歌剧院被烈火吞噬。
美丽的泰姬陵前，秃鹫飞舞正在叼食着死去的动物们留下的腐肉。
噢，你问南北极怎么样？可能连一块落脚的地方都没有了...
博物馆的馆长在向游客们介绍博物馆的时候，无奈地说：
“我们曾经有机会拯救自己，但我们没做，不可思议！”
虽然地球已经给了我们很多次警告。
而人们对地球发出的警告，秉持着怎样的态度呢？
他们选择了自欺欺人式的熟视无睹。
换句话说，在这场浩劫中没有一个人是无辜的，我们是自己毁灭了自己。
而如果这场浩劫只有一个赢家，那就是消费主义。
想想看，你有多少次因为一则诱人广告、一个消费升级的好点子或是一个网红营销而买了实际不需要的东西？
用了一次后便不再问津。
消费主义盛行，人们需要生产更多的东西来填补自己的欲望，生活垃圾遍布。
最后，人们生活在了自己生产的垃圾中。
5
低碳生活：普通人的行动
倘若有一天一位医生突然通知你，你的寿命只剩下21年，但是如果你现在开始行动，调整作息、控制饮食，说不定可以改变命运，至少也能再活个几十年，
你会改变自己吗？我想你会的。
人类也是时候反省一下，为自己的命运改签了：
减少不必要的浪费，坚持废物利用，做好垃圾分类循环使用。
尽量减少碳排放，能不开车就不开车，多用公共交通替代私家车，绿色出行。
尽量不使用一次性塑料制品，如塑料袋，塑料吸管，塑料餐具等。
将对环境负担的考虑纳入生活的每一个环节，不要购买过度包装的产品。
或是把包装袋收集起来，二次使用。
家电不用时，把电线拔掉，电器在闲置时的耗电量可以达到10%。
订外卖时告诉卖家，自己有餐具。
加入环保组织，参与各种活动。
二手衣物不要丢弃，捐赠给靠谱的回收机构。
以上很多方面其实大家都已经做的很好，但是我们还需要做的更好。
因为我们做了什么，也许就将决定《愚昧年代》这部片子究竟是一部科幻片
还是像下面这一个个年份的走向一样......
成为一部纪录片？
影片中，最终人类停摆的时间，是2055年
我们明明有机会拯救自己，别让这个机会，从指尖溜走。
