原文摘录

与木星擦肩而过

按照预定的航线,地球升向与木星的会合点。航行委员会的计划是:地球第15圈的公转轨道是如此之扁,以至于它的远日点到达木星轨道,地球将与木星在几乎相撞的距离上擦身而过,在木星巨大引力的拉动下,地球将最终达到逃逸速度。

离开近日点后两个月,就能用肉眼看到木星了,它开始只是一个模糊的光点,但很快显出圆盘的形状。又过了一个月,木星在地球上空已有满月大小了,呈暗红色,能隐约看到上面的条纹。这时,15年来一直垂直的地球发动机光柱中有一些开始摆动,地球在做会合前最后的姿态调整。木星渐渐沉到了地平线下,以后的三个多月,木星一直处在地球的另一面,我们看不到它,但知道两颗行星正在交会之中。

有一天,我们突然被告知东半球也能看到木星了,于是人们纷纷从地下城中来到地面。当我走出城市的密封门来到地面时,发现开了15年的地球发动机已经全部关闭了,我再次看到了星空,这表明同木星最后的交会正在进行。人们都在紧张地盯着西方的地平线,地平线上出现了一片暗红色的光,那光区渐渐扩大,伸延到整个地平线的宽度。我现在发现那暗红色的区域上方同漆黑的星空有一道整齐的边界,那边界呈弧形,那巨大的弧形从地平线的一端跨到了另一端,在缓缓升起,巨弧下的天空都变成了暗红色,仿佛一块同星空一样大小的暗红色幕布在把地球同整个宇宙隔开。

当我回过神来时,不由倒吸一口冷气,那暗红色的幕布就是木星!我早就知道木星的体积是地球的1300倍,现在才真正感觉到它的巨大。这宇宙巨怪在整个地平线上升起时产生的那种恐惧和压抑感是难以用语言描述的,一名记者后来写道:“不知是我身处噩梦中,还是这整个宇宙都是一个造物主巨大而变态的头脑中的噩梦!”木星恐怖地上升着,渐渐占据了半个天空。这时,我们可以清楚地看到它云层中的风暴,那风暴把云层搅动成让人迷茫的混乱线条,我知道,那厚厚的云层下是沸腾的液氢和液氦的大洋。

著名的大红斑出现了,这个在木星表面维持了几十万年的大旋涡大得可以吞下整整三个地球。这时,木星已占满了整个天空,地球仿佛是浮在木星沸腾的暗红色云海上的一只气球!而木星的大红斑就处在天空正中,如一只红色的巨眼盯着我们的世界,大地笼罩在它那阴森的红光中……这时,谁都无法相信小小的地球能逃出这巨大怪物的引力场,从地面上看,地球甚至连成为木星的卫星都不可能,我们就要掉进那无边云海覆盖着的地狱中去了!但领航工程师们的计算是精确的,暗红色的迷乱的天空在缓缓移动着,不知过了多长时间,西方的天边露出了黑色的一角,那黑色迅速扩大,其中有星星在闪烁,地球正在冲出木星的引力魔掌。

这时,警报尖叫起来,木星产生的引力潮汐正在向内陆推进,后来得知,百多米高的巨浪再次横扫了整个大陆。在跑进地下城的密封门时,我最后看了一眼仍占据半个天空的木星,发现木星的云海中有一道明显的划痕,后来知道,那是地球引力作用在木星表面的痕迹,我们的星球也在木星表面拉起了如山的液氢和液氦的巨浪。这时,木星巨大的引力正在把地球加速甩向外太空。

离开木星时,地球已达到了逃逸速度,它不再需要返回潜藏着死亡的太阳系,而是向广漠的外太空飞去,漫长的流浪时代开始了。

就在木星暗红色的阴影下,我的儿子在地层深处出生了。

1.魔鬼加速度

在围绕太阳飞行了15圈之后,地球终于在远日点到达了既定目标——木星的轨道附近。行星的交会悄无声息又波澜壮阔,东半球的人们目睹了惊心动魄的“日出”,汹涌的暗红色海洋在地平线上缓缓升起,布满整个天空。倒悬着的巨大漩涡仿佛随时都可能吞噬掉地球这一粒小小的石子。这样绝美而危险的景象在地球过去的46亿年里从来不曾出现过,未来也可能不会再有。

小说中,人类通过精确的计算和控制,以一个优美的弧线完成了在木星身边的魔鬼加速。电影里的人们就没这么幸运了,地球在靠近木星的时候,就被木星引力引发的全球性地震摧毁了三分之一的发动机。在失去动力就要坠入木星之际,依靠全球发动机抢修小分队的饱和式救援和中国空间站的自杀式救援,点燃了木星的大气,借着爆炸产生的反向冲击力把地球推开才得以逃脱。

2.为什么要绕15圈?

小说里面,地球需要围绕太阳转15个圈之后才能飞出太阳系,这是小学生不用学习就知道的事情。为什么不能直接嗖地一下开出去,头也不回地跑掉呢?因为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,在这15个圈中,地球需要慢慢加速。

木星引力弹弓

除了发动机功率不够,不能为地球提供瞬间逃离太阳引力所需要的速度,绕圈逃跑还有两个重要的原因:

一是地球从来没有自己飞过,第一次开动,“试飞”就是“实飞”。用不断环绕太阳飞行提速的方式,速度较慢,时间更加充裕,如果飞行的途中遇到问题,调整和控制起来都会更加容易。

二是可以节约宝贵的燃料。在绕着太阳做椭圆运动的过程中,地球可以利用太阳系中第二大的天体——木星的引力来提升速度。在最后一圈远日点的位置,顺滑地靠近木星,利用木星引力的“弹弓效应”给地球免费加油,不用耗费自己的燃料就能白白获得一个加速度。经过精确的计算和控制,这个速度可以达到逃离太阳的逃逸速度。相当于自投罗网去找碴儿,然后被木星这个大力士甩出太阳系……

不过,这样做也存在着很大的风险,稍有失误,就会被木星巨大的引力捕获并且撕裂,再也逃不出去。

3.“引力弹弓”是怎么回事?

一个思想实验可以帮助理解这件事。想象一下向火车头扔小铁球(危害公共安全行为,请勿实际操作)。如果火车不动,球的速度是每秒100米,忽略掉空气阻力、火车可能被砸烂等能量损失和实验进行不下去的因素,按照能量守恒原理,球会反弹回来,弹回的速度应该也是每秒100米。如果扔球的时候,火车正在以每秒100米的速度迎面开过来,那么当球反弹时,会发生什么呢?在火车驾驶室里面的司机看来,火车相对他来说仍然是静止的,而球正以每秒200米的速度向他飞来,球的速度提高了一倍!

同样按照能量守恒定律,球反弹回去后,相对于火车和火车司机,球离开的速度也是每秒200米。这样,在地面上的围观群众看来,球反弹的速度就是火车相对于地面的速度(每秒100米),再加上球相对于火车的速度(每秒200米),也就是每秒300米。

这就相当于火车把自己每秒100米的速度双倍赠送给了小球。于是,小球什么都不做,仅仅通过一次违法行为,就轻松获得了三倍的速度!实际上,在碰撞的过程中,火车会损失一部分的动能,这部分动能转移到了小球身上。因为火车的质量很大,损失的这一点能量很难察觉,却可以让小球的速度猛增。

木星的质量本来是地球的318倍,在燃烧岩石之后地球还会变得更轻。在《流浪地球》中,地球就像一个小球撞向火车,通过碰瓷行为从巨大的木星那里偷一点能量来加速,而太阳就是地面的围观群众。只不过,在引力的弹弓效应中,木星和地球并不是通过实物碰撞,而是通过引力的牵引来完成能量的转赠的。

也就是说,木星本来就在以很高的速度围绕着太阳运动,地球靠近的时候,会被它的引力带着一起跑,于是木星就把自己的速度传给了地球。只要不被木星的引力捕获,地球离开木星的时候就会飞得比原来快得多,直到达到逃逸速度。

当然,地球还暂时不会去做碰瓷木星的实验,但是我们现在发射的航天器,很多都是按照《流浪地球》拟定的逃跑计划来操作的。比如,“嫦娥一号”探月卫星发射的时候,围着地球绕了三个椭圆的圈,才加速到地月转移轨道。直到后来技术更加成熟,才不再绕圈,直奔月球而去。

人类迄今为止发射的飞行距离最远的星际探测器——旅行者1号,也使用了利用木星引力弹弓加速的飞行方式。探测器发射时速度是每秒36公里,然后逐渐向木星靠近。在抵达木星附近的时候,探测器的速度受太阳引力的拉扯越变越慢,降到了每秒16公里,然后一下子被木星的引力弹弓甩到了每秒38公里左右。之后继续小幅度加速变轨,随着轨道越来越远离太阳,需要克服的太阳引力也越来越小,只需要再加速到每秒42公里左右,轻轻一跃,就能顺利地飞往太阳系外了。