《流浪地球2》在2023年春节热映,再次引起了大家对地球未来的兴趣,毕竟在地球上建造12000台巨大的行星发动机,将它推到4.2光年外的比邻星重新安家,这个幻想实在是太宏大太刺激了,令人遐想。

但如果我问你:比邻星在哪儿?许多人就不知道了。

咱先不谈建造高11公里、底座直径34公里的巨型机器靠不靠谱,不讲10000台行星发动机能不能把地球推着走,也不说几千年后能不能飞4.2光年,单按《流浪地球》的设计,甭管多久,咱们的地球都到不了比邻星。为啥?因为路走错了,方向不对!

打开网易新闻 查看更多图片
行星发动机推着地球飞去比邻星

按照电影的情节设计,第一步:先要启动赤道附近的2000台巨型转向发动机让地球停止自转;第二步:开动行星发动机推动地球加速,脱离原来的运行轨道;第三步:借助太阳和木星的“引力弹弓”把地球弹出太阳系;第四步:行星发动机不间断工作,飞出太阳系并使地球逐渐加速到光速的0.5%;第五步:再用几百年时间“刹车”,直到抵达目的地比邻星。

完美!

但是,地球自身就是太阳的行星,它不能依靠太阳来加速,太阳引力只会改变地球飞行的方向(下图e)。木星是一颗巨大的行星,我们确实可以利用它的轨道动能来进行天体加速(下图c、f、i)。


引力弹弓需要满足一定条件

为了最大化地利用木星引力,地球飞行需要保持与木星轨道面重合,并且尽量靠近木星。相对应地,地球加速后的飞行轨道依然处于黄道面附近。

现在让我们回到文章开头的问题:你知道比邻星在哪里吗?

99%的人会摇头。

首先,绝大多数人只能在夜空中认出牛郎星、织女星和北斗七星。其次,比邻星太暗了,尽管它距离太阳最近,我们肉眼却看不见它。更重要的一点:比邻星位于南半球的夜空,它的赤道纬度为-60°50′,在咱们中国杭州-重庆以北的地区都看不见,只有华南地区的人才能通过天文望远镜从地平线附近找到它。

打开网易新闻 查看更多图片
比邻星在地球南面4.2光年

为了更直观的表述比邻星在太空中的位置,我们以地球绕太阳公转的黄道面为水平面,以4光年为刻度画方格,可以看出比邻星在这个平面下(南)方很深的地方。

只要地球沿着黄道面飞行,它就永远到不了比邻星。

那么,地球究竟要怎么“流浪”才能最终抵达比邻星呢?

咱们不能“横着走”,得“竖”着来。

注意到上图中那条“春分线”了么?它标定了地球与太阳的位置关系。每年春分的时节,太阳光线从南向北跨越地球赤道,这时候阳光照射地球并向外延长的线被称为春分线。

地球需要“竖着飞”才能到达比邻星

假如《流浪地球》中设定的行星发动机可行,那么我们将大部分的行星发动机设在亚欧大陆北部、北美大陆北部以及格陵兰岛等地。从春分到夏至阶段全力推动,就可以让地球轨道向南偏转,逐步形成大角度倾斜或垂直轨道面。我们甚至不需要让地球停止自转,就能推着它像陀螺那样一直向前,最终飞往比邻星。