流浪地球中,地球是怎么离开太阳系的?
小说是这么说的:人类的逃亡分为五步:第一步,用地球发动机使地球停止转动,使发动机喷口固定在地球运行的反方向;第二步,全功率开动地球发动机,使地球加速到逃逸速度,飞出太阳系;第三步,在外太空继续加速,飞向比邻星;第四步,在中途使地球重新自转,掉转发动机方向,开始减速;第五步,地球泊入比邻星轨道,成为这颗恒星的卫星。人们把这五步分别称为刹车时代、逃逸时代、流浪时代Ⅰ(加速)、流浪时代Ⅱ(减速)、新太阳时代。
“地球发动机没那么大劲儿,它只能给地球很小的加速度,不能把地球一下子推出太阳轨道,在地球离开太阳前,还要绕着太阳转15个圈!在这15个圈中地球慢慢加速。”地球的公转速度大概是30㎞每秒(按照这个速度的话,北京到上海大概只要41秒)。当地球加速到42㎞每秒的时候,就可以逃脱太阳引力束缚。
可以假想成这样一个状态,在不考虑别的行星对地球影响的话。在地球加速到逃逸速度的过程中,由于地球发动机的推力,地球公转速度越来越快,根据圆周运动公式F(向心力或者说太阳引力)=ma=mv/r可知,在地球质量和太阳引力不变的情况下,运动速度V和运动半径R成正比,所以在速度越来越快的情况下,黄道面(地球公转轨道形成的平面)的面积会越来越大,地球离太阳就会越来越远。
看过影片的人可能会有一个疑问,太阳系那么空旷,为什么地球在加速的过程中,非要作死往木星上靠?而在影片中也有介绍,因为地球发动机的推力不能使地球到达逃逸速度,所以为了获取更大的速度以逃脱太阳引力,人类才选择借助木星的引力弹弓效应来达到逃逸速度,飞出太阳系。
引力弹弓可不是那么好用的,离木星远了取不到加速效果,离得太近又可能被引力捕获,撞在木星上。影片中便是如此,由于木星引力的变化导致地球飞行轨道改变,会被木星引力牵引撞向木星。影片中吴京饰演的刘培强就是为了地球摆脱木星引力而牺牲的。事实上有可能在地球撞上木星之前,地球有可能就会因达到洛希极限而被木星撕裂(因为地球内部结构,当然也不一定会撕裂)。
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