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流浪地球计划在事实上可行吗

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关于流浪地球的各种bug已经被各路大神还有杠精们找的差不多了,那么在刨除背景设定上的硬伤的情况下(比如单台发动机最大推力150亿吨这个业余至极的bug),流浪地球计划是否可行呢?或者说,如果我们要实行流浪地球计划,需要对设定做哪些细节上的完善和修改。
首先是技术路线,这一点小说和电影里都非常明确——利用岩石进行重元素聚变。
地壳中氧元素约占45.2%,硅27.2%,铝8%,钙5.06%,四者的比结合能分别为7.98MeV,8.46MeV,8.39MeV,8.55MeV。假设我们一步到位,把它们全都聚变到铁(比结合能8.79MeV),那么1kg地壳所能释放的能量约为3.01×10^26MeV,即4.824×10^13焦耳(作为对比,1kg海水完全聚变释放的能量是1.637×10^14焦耳,是地壳的3.4倍,1kg氢是8.482×10^14焦耳,地壳的17.6倍)。然后我们假设人类的推进科技牛逼炸了,可以把99.9999%的能量用于加速工质(聚变产物铁),那么工质速度可以达到9822km/s(光速的3.27%)。

PS:这就引出了流浪地球电影里的另一个bug——等离子束的高度问题。事实上,如此高速的等离子束几乎不会被任何物体所阻挡,地球的引力和大气层在它面前完全是螳臂当车,它的高度是无限的。
大刘在《无奈的和美丽的错误——科幻硬伤概论》一文中承认了发动机推力的问题,150万亿吨(吨这个词用的真是太业余了,力的单位应该是牛顿)的总推力显然是无法在17年内将地球轨道的远点抬升到木星轨道的。按照小说里的描述,地球采用的是近点加速(所以发动机只应在近日点附近开启,其余时间待机),加速窗口很短,17年里有效的加速时间不超过3年,而近点加速所需的速度增量是8.786km/s,算下来所需的加速度大约是9.287×10^-5m/s²,推力则是5.54×10^17kN(单台推进式发动机5.65万亿吨,远大于150亿吨)
现在我们有了工质速度和推力,就可以得到一个非常重要的数据——工质流量。由F=mv/t=(m/t)v算出工质流量为5.64×10^9kg/s(也就是说,每台行星发动机每秒需要消耗564万吨的岩石),如此恐怖的物料吞吐速度显然不是最大载重蛐蛐3000吨的重卡能满足的,我的建议是直接抽取海水和地幔(具体原因后面会解释)。


IP属地:四川1楼2019-02-20 20:41回复
    小说和电影里都出现过主人公直视等离子柱的场景,这样的场景是否合理呢?
    高温等离子体可以视为理想气体,由理想气体温度公式E=3kT/2(E是粒子平均动能,k是玻尔兹曼常数,T是温度)可以计算出等离子束的温度——80.26亿K(核聚变能量的利用率与等离子体的温度是互斥的,因为发动机的作用就是将等离子体的内能转化为动能,所以推进效率越高等离子体温度越低,这里的温度按照99.9999%的推进效率算的),因为此时的等离子体的主要成分为铁原子核与自由电子,产生的辐射主要为韧致辐射(其中又以硬X射线为主),由等离子体密度(以发动机喷口直径4km计算)与电子温度可以算出等离子体的最大辐射功率密度,计算结果为5.18×10^6W/m³(这里没有考虑相对论效应,80.26亿K的电子属于热电子,所以实际情况与计算结果有误差),大气层内等离子柱体的辐射总功率约为3.25×10^17W。要知道地球接受太阳辐射的总功率也就1.7×10^17W左右,如此强烈的辐射将使发动机周围方圆千里成为生命禁区,任何敢于直视发动机尾焰的人都将被致命的光辐射化为青烟。解决这个问题其实不难,将等离子体提前冷却,或者进一步提高推进效率就行了,(不过俺寻思这发动机内壁应该是强相互作用力材料做的)。


    IP属地:四川3楼2019-02-20 20:42
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      传闻中科院的大佬在担任流浪地球的技术顾问时把地球比喻成鸡蛋,地壳就是一层薄薄的鸡蛋壳(还是稀碎的),所以推动地球是不可能的。这里我就要杠一下了,按照电影设定,地球发动机高11km直径33km,整体呈圆锥形,下方中空,那么其体积大约为1.57×10^12m³,平均密度设为1000kg/m³,那么发动机地面部分的质量就是1.57万亿吨,加上全功率运行时产生的5.65万亿吨的压力再除以发动机底座面积,对地面的压强约为82.72MPa,而花岗岩的屈服应力在300~500MPa之间(有围压时会更高),也就是说单纯的岩石就可以承受住行星发动机的挤压。当然,这样计算没有考虑整个基座周围的剪切效应,为了行星发动机的安全着想,应该人工加固发动机周围的地壳(如果是我来制定流浪地球计划,我会加固整个地壳)。这样的结果其实不难理解,7.2万亿吨的花岗岩体积约为2.4×10^12m³,相当于一个长宽高为24km,20km,5km的长方体,这种体积的山脉在地球上随处可见(青藏高原注视着你),也没见地壳被压碎了。


      IP属地:四川4楼2019-02-20 20:43
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        各大论坛里都有人提出过这样一种观点:流浪地球计划不可能成功,因为即使烧光地壳也无法使地球加速到光速的千分之五。
        后半句没问题,但前半句有待商榷,流浪地球计划是可以成功的,只要人类愿意付出足够的代价。
        由齐奥尔科夫斯基公式:ΔV=V*Ln(m0/m)(其中ΔV是速度增量,V是工质速度,m0是载具初始质量,m是加速结束后的剩余质量)可知,将地球加速到光速的千分之五需要消耗14.2%的质量,加速和减速则是26.4%。也就是说,当地球泊入比邻星轨道时,其半径只剩现在的90%左右,整个地球会被削去637km的表层,不仅仅是地壳,上地幔的绝大部分都会被消耗掉。流浪地球计划的核心目的是保留地球的生态圈,它是人类能够在新的恒星系延续的基石,所以作为生态圈载体的地壳是不能被放弃的,最好的燃料首先是海水,其次是地幔物质。
        海水的聚变产能是岩石的3.4倍,在逃离太阳系时可以为地球提供足够的推力,缩短绕日加速的时间。逃离太阳系之后,按照9.287×10^-3m/s的最大加速度计算,行星发动机一年就能为地球提供2.929km/s的速度增量,除去地球本身已有的速度20.487km/s(木星公转速度+地球远点速度),将地球加速到1500km/s需要505年(实际上由于地球质量不断减少,加速所需的时间会短一些),这一点与设定符合的很好(设定里加速时间为500年左右),印证了近点加速这一加速方式。


        IP属地:四川5楼2019-02-20 20:43
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          可是如果以地幔为主要燃料,又会带来一个新的问题——地壳如何支撑?
          方法其实在上文里提到过,那就是加固整个地壳。以那时能够把行星发动机修起来的材料科技,这个方案其实主要是一个工程上的问题。不过相对行星发动机工程来说这个工程的工期会相对缓一些,人类可以在逃逸时代慢慢完成这个超级工程。当然仅仅加固地壳是不够的,还需要在悬空的地壳与地幔之间建立支撑,这个支撑相对会容易一点,因为它只需要承受一万台发动机的总推力而已。


          IP属地:四川6楼2019-02-20 20:44
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            其实在我个人看来,人类最有可能的历史走向是这样的:
            太阳氦闪之后,人类回归地下,充足的能量与发达的科技保证了每一个人的生存所需,人类文明开始在地壳中蓬勃发展。人口迎来第二次爆发,很快便回到了黄金时代末期的水平,并且在高度发达的生产力支持下继续上升。为了容纳爆发的人口,各个地下城开始了扩建,城市向四周蔓延,往地底延伸,直至所有的地下城连为一体,取代了原来的整个地层。

            这时,站在原来的莫霍面上,可以看见连绵的城市倒悬在金属的苍穹之下,脚下散发着耀眼的红光,因为在数百公里之下便是熔岩之海,目力所及之处就有数百根银白的支柱从海面升起,支撑天穹。支柱底部的浮岛上,繁杂的结构如同树枝一样散开,那里是矿区,流向行星发动机的物质有一小部分被分流到各个工厂,在那里转化为人类所需各种金属和矿物。每座浮岛的边缘连接着数十根粗达百米的线缆,它们连接着熔岩之海底部的巨型超导线圈,用来为线圈供电以停止星核的转动,否则被星核带动的地幔表面实在是难以施工。
            天幕计划已经通过审议,地面被我们抛弃了太久,是时候唤醒黄金时代的世界了,我们将在除发动机喷口之外的区域建造天空的骨架,用分子膜阻止大气的流失,人造的太阳将洒下温暖的光辉,届时冰雪消融,万物苏生。而在南半球的地表,另外一万座金属的山峰正在成形。为什么要大费周章建造这些看似无用的装置呢?我想是因为人们开始意识到,太阳不再是不可或缺的东西,而每一次加速和减速,调头总是很麻烦的。
            与行星发动机二期工程同时推进的另一项计划代号为“太阳塔”,不是指黄金时代用于观测太阳的天文设备,而是一项为了子孙后代而提出的计划。地球泊入比邻星轨道后,其质量将只剩原先的73.6%,我们需要为地球补充燃料,然而南门二星系没有行星(设定),燃料只能从新的太阳上取得。太阳塔是数千根由新固态物质(详见地球大炮,虽然原文里面也没怎么解释清楚)制成的管道,这些管道每一根都长达数百公里,拥有独自的动力与磁场发生器,当地球在临近恒星的轨道上运行时,它们将被发射到恒星的表面与地面的接收站之间。管道相互之间依靠电磁力首尾相连,将在地球与恒星的等离子体海洋之间构筑起一条物质传输的通道。这场燃料加注作业长达百年,直至地壳之下的空间被氢元素填满,然后,我们的子孙将乘着地球,前往属于他们的明天。
            PS:感觉写成了流浪吞食者。。。


            IP属地:四川8楼2019-02-20 20:45
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              IP属地:福建来自iPhone客户端9楼2019-02-20 20:54
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                很有道理
                真的想下去就是吞食帝国了


                IP属地:辽宁来自手机贴吧11楼2019-02-20 23:00
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                  卧槽,粗略的看了一遍,先给你个👍吧!用大刘的话:你用最疯狂的想象去和前沿科学比,你还真疯不过他


                  IP属地:湖南来自Android客户端12楼2019-02-20 23:00
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                    纸上谈兵


                    来自iPhone客户端13楼2019-02-20 23:32
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                      看了一半


                      IP属地:云南来自Android客户端14楼2019-02-20 23:59
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                        可以,写的不错,顶。


                        IP属地:黑龙江来自Android客户端15楼2019-02-21 00:06
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                          不可行,因为在宇宙航行中,基本所有的能量都耗损在运送无用的地球物质中,有这个科技水平我相信足够建造足够的宇宙飞船可以供所有人逃离地球,生存是文明存在的第一目标


                          IP属地:河南来自iPhone客户端17楼2019-02-21 02:40
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                            楼主,我们来探讨一下超人,蜘蛛侠这些人的设定是否符合科学原理吧


                            IP属地:上海来自Android客户端18楼2019-02-21 07:03
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                              理论上完全可以推动地球,理论还是要根据实际结合才能实现。首先能不能推动地球?我看绝无可能推动地球,就算能推动地球脱离现在的轨道后果就是毁灭,太阳地球月亮现在处于及其微妙的平衡,就这种平衡才诞生了生命,地球飞了首先你会失去月球,月球没了潮汐力平衡也就没了,地球内部会变的不稳定,随着远离太阳和月球地球我看会有两种结果:第一种是变成死星,地球内部会冷却,地幔层会减少地壳层会增加,随着时间地幔层会彻底冷却,地球也会变小,地球彻底变成死星。第二种结果完全相反,地球将变成火山海,前进方向那半球的熔岩会挤压另一半球,这会是什么结果?地球变成火山海,还没到火星轨道估计就变成金星一样的世界。
                              幻想幻想就好,还是多想想正确的办法为好


                              IP属地:上海19楼2019-02-21 11:15
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