2019-02-25

如何应用“引力弹弓”，让地球去流浪？

大年初一，《流浪地球》上映了。

这部中国的首部硬科幻大片，改编自《三体》作者刘慈欣同名小说，投资共3.2亿人民币。电影上映后，好评如潮，掀起了一股中国科幻电影的热浪。

影片的最高潮，就是地球即将撞击木星的片段了。主角们一开始，是打算利用木星引力把自己「拉」出太阳系的，结尾时也有提到这个策略属于「流浪地球」第三步计划。

奇怪了，地球自己飞得好好地，干嘛要去招惹木星？明知道有强大的引力，还靠近轨道，差点给撞没了。所以为什么地球能够被木星「拉拽」过去？又可以利用木星让自己加速离开太阳系呢（原计划）？

首先，让我们一起来想象。

假设，宇宙是一张蹦床。我们把地球和木星两颗圆球放上去，由于木星的质量是地球的318倍，所以木星在这张「蹦床」上压下去的凹陷要深得多。当地球这颗小圆球靠近木星时，就会自然向「弯曲的曲面」滑下去，也就被「拉」到了木星旁边。

这个原理，就是引力场。质量越大的物体，周围的时空弯曲力度也会更大，即引力的作用越强，因而会对附近另一物体产生吸引效应。

卫星就是这样被「拉」住的，抬头看看，月亮不就是被地球的引力吸引住无法逃脱的卫星吗？

那假如想逃脱怎么办？就需要达到一定的发射速度。你以为装上行星发动机就能让地球暴力地冲出太阳系吗？并不是。要让地球达到太阳系的逃逸速度，这点推力是不够的，

如果你是一颗非常有抱负的地球，想要以极其高的效率逃离太阳系，就需要用到这个「工具」——引力弹弓。

顾名思义，就是像一个弹弓一样，把物体给甩向下一个目标，它是利用行星的重力场来实现的，所以行星就像一个「引力助推器」。电影里，我们的计划一开始，是打算接近木星来做这个事情的。

偌大一个木星，怎么才能变成我们的「弹弓」呢？我们分步来拆解——

第一步，木星的状态解读。这颗木星超级超级巨大，因为质量很大，所以它的引力也很大，会「拉」住靠近它的物体。并且，这颗木星自身也在不停地公转。

第二步，我们前进的状态解读。我们正在太空中「循规蹈矩」地飞行中。哇前面好大一颗木星，我们需要小心又小心地行驶。如果太靠近的话，就会被吸附过去，变成木星的卫星，甚至还会撞上去坠毁。

第三步，我们开始与木星的引力范围交汇。这是一个需要不断计算衡量和预测的位置点，调整好我们的角度和速度，当我们进入木星的引力范围时，在这股「拉力」下，我们就有了一个与木星公转线速度相等的初速度。

第四步，这时如果以太阳系为参考系，我们的速度就是被加速了，因为行星把动能传递给了我们，此时我们再稍微给发动机加速一波，「咻咻咻——」我们就被弹出了好远好远，逃离了太阳系。

（非常直观地展示了“被加速”的过程）

顺带一提，在科幻电影大作《火星救援》里，本应从火星返回地球的赫尔墨斯号飞船，为了重回火星营救马克，就利用了引力弹弓效应把自己弹回去了。

而且在真实的太空探索史上，1977年，美国NASA发射的旅行者一号41年飞了217亿千米，就是利用了木星、土星、天王星和海王星这四个星球做引力弹弓的「跳板」。

（图为旅行者一号和二号的飞行轨迹模拟）

现在大家对于电影中，应用“引力弹弓”让地球逃离太阳系的科学概念，是不是更加清晰了呢？

但是很明显，在电影中，光有这些科学理论的支撑是不够的，在“流浪地球”计划的真正实施过程中，离不开稳扎稳打的技术和操作能力。

大家还记得电影后面出现的技术大佬李一一吗？就是那个写出病毒程序“春节十二响”，最后运用自己的强大技术能力拯救了地球的那位？

电影上映后，很多人都感叹：最后原来是程序员大佬拯救了世界！