《流浪地球》中的“行星發動機”,燃燒的正是“終極新能源”

來源:羊城派 作者: 發表時間:2019-02-13 09:54

羊城派原創文本/夏楊

電影《流浪地球》連日刷屏,評論者盛讚它“開了中國科幻電影先河”,稱“中國造”終于邁向了星辰大海!

劉慈欣恢弘的想象力和電影呈現的震撼視效贏得好評如潮,超高的口碑和猛增的票房,助推它成了中國電影工業的裏程碑式作品。

口碑炸裂的《流浪地球》連日刷屏 電影劇照

在這個故事中,推動地球離開太陽係的力量,來自于炫酷的高科技——“行星發動機”(又稱“地球  發動機”)。這是一種高11公裏、底盤直徑30公裏的龐然大物。

在故事中,這種發動機的燃料就是石頭,其原理是“重元素聚變”(又稱“重核聚變”),和太陽發光發熱的原理一致。

石頭能當燃料?這無疑是一種“終極新能源”技術。如果我們掌握了這種技術,一直困擾人類發展的能源問題將迎刃而解!

動力之源“行星發動機” 電影劇照

行星發動機

故事設定在未來,太陽急速衰老膨脹,地球面臨被吞沒的滅頂之災。

為延續生命,並保護賴以生存的家園,各國組成的聯合政府決定,建造1.2萬座行星發動機,推動地  球離開太陽係。目的地設定在4.3光年外的比鄰星(半人馬座三星,也就是“三體人”的故鄉)。

人類希望,在那裏重新找一個能帶給地球溫暖的新“太陽”。

這個計劃,就叫“流浪地球”。

實施這個計劃,不僅要歷經千難萬險,而且時間將會非常漫長,大概需要2500年,要100代人。

故事設定在未來地球面臨危機時  電影劇照

在“流浪”之路上,失去了太陽光熱的呵護的地球,地表溫度降到了零下80℃以下,完全不再適合居住。

于是人類建造了龐大的地下城,轉入地下生活。

我們這裏要説的,是“流浪地球”計劃中一個重要的科技裝置,即推動地球離開太陽係、踏上漫漫流浪之旅的“行星發動機”。

對此科學家核算,地球要達到克服引力、離開太陽係的目的,這種發動機的推力必須足夠強大。

地球表面成了冰封的世界  電影劇照

于是,這種發動機的體量就必須足夠大:高度達11公裏(比珠穆朗瑪峰還高2200米),底盤直徑達30公裏!

這樣的巨無霸開啟後,單個機器就能産生150億噸的推力;全球1萬多座發動機同時啟動,將産生150萬億噸的推力,推動地球離開太陽係。

這麼大的發動機用什麼燃料?“大劉”(劉慈欣)的設想是石頭。

在電影中,用石頭煉成的燃料球被稱為“火石”。

工程車採挖岩石煉制“火石” 電影劇照

人類都在地下城中生活,只有開採石頭、煉制火石和維護行星發動機的人才離開地下城,坐電梯來到曾經的家園——地球表面。

科幻電影中的地表,已經變成了人間地獄。寒風肆虐,冰雪籠罩了一切;城市建築“遺跡”被封凍在冰層中,像山峰一樣聳立!

海嘯襲擊後被冰封的城市 電影劇照

石頭作燃料

石頭當燃料?真是腦洞大開!我們只知道,石頭能燒成石灰。

然而,劉慈欣的作品被稱為“硬科幻”,不是白説的。如此驚人的想法,在物理學上卻講得通,那就是我們熟悉的“核聚變”原理。

提到“核”,大家並不陌生。沒錯,原子彈、氫彈以及核電站,採用的都是核技術。

不過它們還有所不同。原子彈與核電站的原理是“核裂變”,氫彈的原理是“核聚變”。

氫彈核聚變原理示意圖  資料圖

簡單地説,核裂變就是原子量較大的元素裂變為原子量較小的元素,比如原子彈爆炸,就是重元素“鈾  235”的原子核被中子轟擊後裂變為較小的原子核的過程。

而核聚變恰恰相反,是原子量較小的元素聚變為原子量較大的元素。比如氫彈爆炸,就是氫的同位素氘和氚聚變為氦的過程。

無論是大核變小核,還是小核變大核,物質在核反應後的總質量都小于核反應前,損失的能量就轉化成了光和熱。

氫彈爆炸形成的蘑菇雲  資料圖/視覺中國

目前的技術條件下,核裂變已經可控,熱能可以緩慢釋放,也就是核電站技術。

而“核聚變”目前還不可控,現有的氫彈技術,只是爆炸式釋放而已。

如何讓核聚變的巨大能量平穩輸出,目前這是個世界性難題。我國這方面的科學研究領先世界,取得突破的就是“人造太陽”項目!

“人造太陽”是一種很有前景的可控核聚變裝置。遺憾的是,目前還處在原理實驗階段,距使用還有很長距離。(關于“人造太陽”,“説聞解事”曾專文介紹過。詳情請點擊:   “人造太陽”是個什麼鬼?據説藍天白雲靠它了!  

中科院“人造太陽”裝置 圖/央視新聞

之所以稱之為“人造太陽”,是因為它的工作原理類似于太陽。

不只是太陽,宇宙中很多恒星,都在發生核聚變。由于它們質量巨大,對核心産生超強壓力,其中的“氫”發生核聚變轉化為“氦”,從而源源不斷地釋放出光和熱。

關于“核聚變”技術的使用場景,好萊塢電影中就有。那就是鋼鐵俠的人工心臟。他胸前那個發著藍光的能量球,就是他的生命和動力之源。

説白了,那就是一個小型的核聚變反應堆!

電影《鋼鐵俠3》劇照

重元素聚變

我們回頭來説“行星發動機”。

它之所以能燃燒石頭獲得動力,就是因為它能利用石頭中的元素進行核聚變,從而釋放能量。

石頭如何核聚變?

其實,太陽的核聚變仍屬于“輕核聚變”,主要是“氫”(原子量為1)聚變為“氦”(原子量4)。

而“氦”並不是核聚變的終點。可以繼續聚變生成“碳”(原子量12),“碳”繼續聚變生成“硅”(原子量28)。

太陽放光發熱的原理就是核聚變 資料圖/視覺中國

“硅”就是地球上岩石的主要成分。

核聚變中“硅”也並非終點,大質量恒星後期的聚變反應是“重聚變”,即“重元素核聚變”。

接下來的重聚變過程是這樣的:“硅”(原子量28)→“硫”(原子量32)→“氬”(原子量36)  →“鈣”(原子量40)→“鈦”(原子量48)→“鉻”(原子量52)→“鐵”(原子量56)。

核聚變到了“鐵”,就不再釋放能量。

因此重聚變的“廢渣”就是鐵。

這個岩石星球最不缺石頭  資料圖/視覺中國

“重聚變”所釋放的能量,比“輕聚變”(如氫彈爆炸)釋放的能量要大得多。《流浪星球》中一座  座行星發動機噴射出藍白光焰,巨大的能量就是從“硅”開始的重聚變産生的。

這種能量推動地球離開運轉了46億多年的太陽係,踏上漫漫徵途,飛向宇宙深處。

場面何等恢弘,故事何等悲壯,而背後的邏輯,又是何等炫酷!

流浪途中被木星引力困住的地球 電影劇照

新能源思路

具體的故事我們不説了。要説的是劉慈欣“行星發動機”這一設想,本身就是“終極新能源”的一種解決方案!

我們現實的困境是,煤和石油等化石能源推動著社會發展,但也污染著人類賴以生存的環境。

這些能源又存量有限、不可再生。而目前光能、風能等新能源都不足以支撐起社會的發展需求。

石化能源容易帶來嚴重的環境污染 資料圖/視覺中國

于是,科學家早就把目光投向了核能。

當然,核能也有風險,就是核安全與核污染問題。但這主要説的是核裂變。相比較來説,核聚變的優越之處更明顯,它不會産生核污染與核廢渣,聚變後産生的是有用的新物質。

這樣的核技術,顯得好接受多了!

並且,隨著技術發展,現存的風險也會越來越大程度上得到控制。

核能有風險必須要有技術保障  資料圖/視覺中國

然而,目前人類已掌握的核技術,還只是“核裂變”及初級的“核聚變”。人類對核能的開發,還有很遠的路要走。

“硬科幻”中提出的“重聚變”設想,雖然符合科學原理,但要變成現實,還需要經過漫長的過程。這就需要一代代科學家去努力攻關了。

無疑,重元素聚變技術正是新能源的未來之一。如果石頭能變成燃料,住在岩石星球上的我們,還何愁能源問題無解?!

燃燒石頭的“行星發動機”  電影劇照

並且在太陽係中,除了木星、土星、天王星和海王星等氣態星球外,其它行星都是岩石星球。要是我們掌握了“重聚變”技術,可開發的能源就太多了!

未來一片藍海,任憑我們的想象力縱橫馳騁!

科幻並非空想,在未來它很可能變成現實。

當然,不僅要肯想、敢想,還要你肯努力、敢探索才行。

總之,有希望,有勇氣,有努力,才有未來!科幻世界如此,現實世界亦如此!

“帶著地球去流浪”只因不想放棄希望 /電影劇照

“流浪地球”計劃五步驟

第一步,用地球發動機使地球停止轉動,使發動機噴口固定在地球運行的反方向;

第二步,全功率開動地球發動機,使地球加速到逃逸速度,飛出太陽係;

第三步,在外太空繼續加速,飛向比鄰星;

第四步,在中途使地球重新自轉,調轉發動機方向,開始減速;

第五步,地球泊入比鄰星軌道,成為這顆恒星的衛星。

人們把這五步分別稱為剎車時代、逃逸時代、流浪時代Ⅰ(加速)、流浪時代Ⅱ(減速)、新太陽時代。

劉慈欣科幻作品封面截圖

   

科幻電影中的“金句”走進了現實 /微博截圖



編輯: 智韜
數字報
《流浪地球》中的“行星發動機”,燃燒的正是“終極新能源”
羊城派  作者:  2019-02-13

羊城派原創文本/夏楊

電影《流浪地球》連日刷屏,評論者盛讚它“開了中國科幻電影先河”,稱“中國造”終于邁向了星辰大海!

劉慈欣恢弘的想象力和電影呈現的震撼視效贏得好評如潮,超高的口碑和猛增的票房,助推它成了中國電影工業的裏程碑式作品。

口碑炸裂的《流浪地球》連日刷屏 電影劇照

在這個故事中,推動地球離開太陽係的力量,來自于炫酷的高科技——“行星發動機”(又稱“地球  發動機”)。這是一種高11公裏、底盤直徑30公裏的龐然大物。

在故事中,這種發動機的燃料就是石頭,其原理是“重元素聚變”(又稱“重核聚變”),和太陽發光發熱的原理一致。

石頭能當燃料?這無疑是一種“終極新能源”技術。如果我們掌握了這種技術,一直困擾人類發展的能源問題將迎刃而解!

動力之源“行星發動機” 電影劇照

行星發動機

故事設定在未來,太陽急速衰老膨脹,地球面臨被吞沒的滅頂之災。

為延續生命,並保護賴以生存的家園,各國組成的聯合政府決定,建造1.2萬座行星發動機,推動地  球離開太陽係。目的地設定在4.3光年外的比鄰星(半人馬座三星,也就是“三體人”的故鄉)。

人類希望,在那裏重新找一個能帶給地球溫暖的新“太陽”。

這個計劃,就叫“流浪地球”。

實施這個計劃,不僅要歷經千難萬險,而且時間將會非常漫長,大概需要2500年,要100代人。

故事設定在未來地球面臨危機時  電影劇照

在“流浪”之路上,失去了太陽光熱的呵護的地球,地表溫度降到了零下80℃以下,完全不再適合居住。

于是人類建造了龐大的地下城,轉入地下生活。

我們這裏要説的,是“流浪地球”計劃中一個重要的科技裝置,即推動地球離開太陽係、踏上漫漫流浪之旅的“行星發動機”。

對此科學家核算,地球要達到克服引力、離開太陽係的目的,這種發動機的推力必須足夠強大。

地球表面成了冰封的世界  電影劇照

于是,這種發動機的體量就必須足夠大:高度達11公裏(比珠穆朗瑪峰還高2200米),底盤直徑達30公裏!

這樣的巨無霸開啟後,單個機器就能産生150億噸的推力;全球1萬多座發動機同時啟動,將産生150萬億噸的推力,推動地球離開太陽係。

這麼大的發動機用什麼燃料?“大劉”(劉慈欣)的設想是石頭。

在電影中,用石頭煉成的燃料球被稱為“火石”。

工程車採挖岩石煉制“火石” 電影劇照

人類都在地下城中生活,只有開採石頭、煉制火石和維護行星發動機的人才離開地下城,坐電梯來到曾經的家園——地球表面。

科幻電影中的地表,已經變成了人間地獄。寒風肆虐,冰雪籠罩了一切;城市建築“遺跡”被封凍在冰層中,像山峰一樣聳立!

海嘯襲擊後被冰封的城市 電影劇照

石頭作燃料

石頭當燃料?真是腦洞大開!我們只知道,石頭能燒成石灰。

然而,劉慈欣的作品被稱為“硬科幻”,不是白説的。如此驚人的想法,在物理學上卻講得通,那就是我們熟悉的“核聚變”原理。

提到“核”,大家並不陌生。沒錯,原子彈、氫彈以及核電站,採用的都是核技術。

不過它們還有所不同。原子彈與核電站的原理是“核裂變”,氫彈的原理是“核聚變”。

氫彈核聚變原理示意圖  資料圖

簡單地説,核裂變就是原子量較大的元素裂變為原子量較小的元素,比如原子彈爆炸,就是重元素“鈾  235”的原子核被中子轟擊後裂變為較小的原子核的過程。

而核聚變恰恰相反,是原子量較小的元素聚變為原子量較大的元素。比如氫彈爆炸,就是氫的同位素氘和氚聚變為氦的過程。

無論是大核變小核,還是小核變大核,物質在核反應後的總質量都小于核反應前,損失的能量就轉化成了光和熱。

氫彈爆炸形成的蘑菇雲  資料圖/視覺中國

目前的技術條件下,核裂變已經可控,熱能可以緩慢釋放,也就是核電站技術。

而“核聚變”目前還不可控,現有的氫彈技術,只是爆炸式釋放而已。

如何讓核聚變的巨大能量平穩輸出,目前這是個世界性難題。我國這方面的科學研究領先世界,取得突破的就是“人造太陽”項目!

“人造太陽”是一種很有前景的可控核聚變裝置。遺憾的是,目前還處在原理實驗階段,距使用還有很長距離。(關于“人造太陽”,“説聞解事”曾專文介紹過。詳情請點擊:   “人造太陽”是個什麼鬼?據説藍天白雲靠它了!  

中科院“人造太陽”裝置 圖/央視新聞

之所以稱之為“人造太陽”,是因為它的工作原理類似于太陽。

不只是太陽,宇宙中很多恒星,都在發生核聚變。由于它們質量巨大,對核心産生超強壓力,其中的“氫”發生核聚變轉化為“氦”,從而源源不斷地釋放出光和熱。

關于“核聚變”技術的使用場景,好萊塢電影中就有。那就是鋼鐵俠的人工心臟。他胸前那個發著藍光的能量球,就是他的生命和動力之源。

説白了,那就是一個小型的核聚變反應堆!

電影《鋼鐵俠3》劇照

重元素聚變

我們回頭來説“行星發動機”。

它之所以能燃燒石頭獲得動力,就是因為它能利用石頭中的元素進行核聚變,從而釋放能量。

石頭如何核聚變?

其實,太陽的核聚變仍屬于“輕核聚變”,主要是“氫”(原子量為1)聚變為“氦”(原子量4)。

而“氦”並不是核聚變的終點。可以繼續聚變生成“碳”(原子量12),“碳”繼續聚變生成“硅”(原子量28)。

太陽放光發熱的原理就是核聚變 資料圖/視覺中國

“硅”就是地球上岩石的主要成分。

核聚變中“硅”也並非終點,大質量恒星後期的聚變反應是“重聚變”,即“重元素核聚變”。

接下來的重聚變過程是這樣的:“硅”(原子量28)→“硫”(原子量32)→“氬”(原子量36)  →“鈣”(原子量40)→“鈦”(原子量48)→“鉻”(原子量52)→“鐵”(原子量56)。

核聚變到了“鐵”,就不再釋放能量。

因此重聚變的“廢渣”就是鐵。

這個岩石星球最不缺石頭  資料圖/視覺中國

“重聚變”所釋放的能量,比“輕聚變”(如氫彈爆炸)釋放的能量要大得多。《流浪星球》中一座  座行星發動機噴射出藍白光焰,巨大的能量就是從“硅”開始的重聚變産生的。

這種能量推動地球離開運轉了46億多年的太陽係,踏上漫漫徵途,飛向宇宙深處。

場面何等恢弘,故事何等悲壯,而背後的邏輯,又是何等炫酷!

流浪途中被木星引力困住的地球 電影劇照

新能源思路

具體的故事我們不説了。要説的是劉慈欣“行星發動機”這一設想,本身就是“終極新能源”的一種解決方案!

我們現實的困境是,煤和石油等化石能源推動著社會發展,但也污染著人類賴以生存的環境。

這些能源又存量有限、不可再生。而目前光能、風能等新能源都不足以支撐起社會的發展需求。

石化能源容易帶來嚴重的環境污染 資料圖/視覺中國

于是,科學家早就把目光投向了核能。

當然,核能也有風險,就是核安全與核污染問題。但這主要説的是核裂變。相比較來説,核聚變的優越之處更明顯,它不會産生核污染與核廢渣,聚變後産生的是有用的新物質。

這樣的核技術,顯得好接受多了!

並且,隨著技術發展,現存的風險也會越來越大程度上得到控制。

核能有風險必須要有技術保障  資料圖/視覺中國

然而,目前人類已掌握的核技術,還只是“核裂變”及初級的“核聚變”。人類對核能的開發,還有很遠的路要走。

“硬科幻”中提出的“重聚變”設想,雖然符合科學原理,但要變成現實,還需要經過漫長的過程。這就需要一代代科學家去努力攻關了。

無疑,重元素聚變技術正是新能源的未來之一。如果石頭能變成燃料,住在岩石星球上的我們,還何愁能源問題無解?!

燃燒石頭的“行星發動機”  電影劇照

並且在太陽係中,除了木星、土星、天王星和海王星等氣態星球外,其它行星都是岩石星球。要是我們掌握了“重聚變”技術,可開發的能源就太多了!

未來一片藍海,任憑我們的想象力縱橫馳騁!

科幻並非空想,在未來它很可能變成現實。

當然,不僅要肯想、敢想,還要你肯努力、敢探索才行。

總之,有希望,有勇氣,有努力,才有未來!科幻世界如此,現實世界亦如此!

“帶著地球去流浪”只因不想放棄希望 /電影劇照

“流浪地球”計劃五步驟

第一步,用地球發動機使地球停止轉動,使發動機噴口固定在地球運行的反方向;

第二步,全功率開動地球發動機,使地球加速到逃逸速度,飛出太陽係;

第三步,在外太空繼續加速,飛向比鄰星;

第四步,在中途使地球重新自轉,調轉發動機方向,開始減速;

第五步,地球泊入比鄰星軌道,成為這顆恒星的衛星。

人們把這五步分別稱為剎車時代、逃逸時代、流浪時代Ⅰ(加速)、流浪時代Ⅱ(減速)、新太陽時代。

劉慈欣科幻作品封面截圖

   

科幻電影中的“金句”走進了現實 /微博截圖



編輯: 智韜
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