原文摘錄

與木星擦肩而過

按照預定的航線,地球升向與木星的會合點。航行委員會的計劃是:地球第15圈的公轉軌道是如此之扁,以至於它的遠日點到達木星軌道,地球將與木星在幾乎相撞的距離上擦身而過,在木星巨大引力的拉動下,地球將最終達到逃逸速度。

離開近日點後兩個月,就能用肉眼看到木星了,它開始隻是一個模糊的光點,但很快顯出圓盤的形狀。又過了一個月,木星在地球上空已有滿月大小了,呈暗紅色,能隱約看到上麵的條紋。這時,15年來一直垂直的地球發動機光柱中有一些開始擺動,地球在做會合前最後的姿態調整。木星漸漸沉到了地平線下,以後的三個多月,木星一直處在地球的另一麵,我們看不到它,但知道兩顆行星正在交會之中。

有一天,我們突然被告知東半球也能看到木星了,於是人們紛紛從地下城中來到地麵。當我走出城市的密封門來到地麵時,發現開了15年的地球發動機已經全部關閉了,我再次看到了星空,這表明同木星最後的交會正在進行。人們都在緊張地盯著西方的地平線,地平線上出現了一片暗紅色的光,那光區漸漸擴大,伸延到整個地平線的寬度。我現在發現那暗紅色的區域上方同漆黑的星空有一道整齊的邊界,那邊界呈弧形,那巨大的弧形從地平線的一端跨到了另一端,在緩緩升起,巨弧下的天空都變成了暗紅色,仿佛一塊同星空一樣大小的暗紅色幕布在把地球同整個宇宙隔開。

當我回過神來時,不由倒吸一口冷氣,那暗紅色的幕布就是木星!我早就知道木星的體積是地球的1300倍,現在才真正感覺到它的巨大。這宇宙巨怪在整個地平線上升起時產生的那種恐懼和壓抑感是難以用語言描述的,一名記者後來寫道:“不知是我身處噩夢中,還是這整個宇宙都是一個造物主巨大而變態的頭腦中的噩夢!”木星恐怖地上升著,漸漸占據了半個天空。這時,我們可以清楚地看到它雲層中的風暴,那風暴把雲層攪動成讓人迷茫的混亂線條,我知道,那厚厚的雲層下是沸騰的液氫和液氦的大洋。

著名的大紅斑出現了,這個在木星表麵維持了幾十萬年的大旋渦大得可以吞下整整三個地球。這時,木星已占滿了整個天空,地球仿佛是浮在木星沸騰的暗紅色雲海上的一隻氣球!而木星的大紅斑就處在天空正中,如一隻紅色的巨眼盯著我們的世界,大地籠罩在它那陰森的紅光中……這時,誰都無法相信小小的地球能逃出這巨大怪物的引力場,從地麵上看,地球甚至連成為木星的衛星都不可能,我們就要掉進那無邊雲海覆蓋著的地獄中去了!但領航工程師們的計算是精確的,暗紅色的迷亂的天空在緩緩移動著,不知過了多長時間,西方的天邊露出了黑色的一角,那黑色迅速擴大,其中有星星在閃爍,地球正在衝出木星的引力魔掌。

這時,警報尖叫起來,木星產生的引力潮汐正在向內陸推進,後來得知,百多米高的巨浪再次橫掃了整個大陸。在跑進地下城的密封門時,我最後看了一眼仍占據半個天空的木星,發現木星的雲海中有一道明顯的劃痕,後來知道,那是地球引力作用在木星表麵的痕跡,我們的星球也在木星表麵拉起了如山的液氫和液氦的巨浪。這時,木星巨大的引力正在把地球加速甩向外太空。

離開木星時,地球已達到了逃逸速度,它不再需要返回潛藏著死亡的太陽係,而是向廣漠的外太空飛去,漫長的流浪時代開始了。

就在木星暗紅色的陰影下,我的兒子在地層深處出生了。

1.魔鬼加速度

在圍繞太陽飛行了15圈之後,地球終於在遠日點到達了既定目標——木星的軌道附近。行星的交會悄無聲息又波瀾壯闊,東半球的人們目睹了驚心動魄的“日出”,洶湧的暗紅色海洋在地平線上緩緩升起,布滿整個天空。倒懸著的巨大漩渦仿佛隨時都可能吞噬掉地球這一粒小小的石子。這樣絕美而危險的景象在地球過去的46億年裏從來不曾出現過,未來也可能不會再有。

小說中,人類通過精確的計算和控製,以一個優美的弧線完成了在木星身邊的魔鬼加速。電影裏的人們就沒這麽幸運了,地球在靠近木星的時候,就被木星引力引發的全球性地震摧毀了三分之一的發動機。在失去動力就要墜入木星之際,依靠全球發動機搶修小分隊的飽和式救援和中國空間站的自殺式救援,點燃了木星的大氣,借著爆炸產生的反向衝擊力把地球推開才得以逃脫。

2.為什麽要繞15圈?

小說裏麵,地球需要圍繞太陽轉15個圈之後才能飛出太陽係,這是小學生不用學習就知道的事情。為什麽不能直接嗖地一下開出去,頭也不回地跑掉呢?因為地球發動機沒那麽大勁兒,它隻能給地球很小的加速度,不能把地球一下子推出太陽軌道,在這15個圈中,地球需要慢慢加速。

木星引力彈弓

除了發動機功率不夠,不能為地球提供瞬間逃離太陽引力所需要的速度,繞圈逃跑還有兩個重要的原因:

一是地球從來沒有自己飛過,第一次開動,“試飛”就是“實飛”。用不斷環繞太陽飛行提速的方式,速度較慢,時間更加充裕,如果飛行的途中遇到問題,調整和控製起來都會更加容易。

二是可以節約寶貴的燃料。在繞著太陽做橢圓運動的過程中,地球可以利用太陽係中第二大的天體——木星的引力來提升速度。在最後一圈遠日點的位置,順滑地靠近木星,利用木星引力的“彈弓效應”給地球免費加油,不用耗費自己的燃料就能白白獲得一個加速度。經過精確的計算和控製,這個速度可以達到逃離太陽的逃逸速度。相當於自投羅網去找碴兒,然後被木星這個大力士甩出太陽係……

不過,這樣做也存在著很大的風險,稍有失誤,就會被木星巨大的引力捕獲並且撕裂,再也逃不出去。

3.“引力彈弓”是怎麽回事?

一個思想實驗可以幫助理解這件事。想象一下向火車頭扔小鐵球(危害公共安全行為,請勿實際操作)。如果火車不動,球的速度是每秒100米,忽略掉空氣阻力、火車可能被砸爛等能量損失和實驗進行不下去的因素,按照能量守恒原理,球會反彈回來,彈回的速度應該也是每秒100米。如果扔球的時候,火車正在以每秒100米的速度迎麵開過來,那麽當球反彈時,會發生什麽呢?在火車駕駛室裏麵的司機看來,火車相對他來說仍然是靜止的,而球正以每秒200米的速度向他飛來,球的速度提高了一倍!

同樣按照能量守恒定律,球反彈回去後,相對於火車和火車司機,球離開的速度也是每秒200米。這樣,在地麵上的圍觀群眾看來,球反彈的速度就是火車相對於地麵的速度(每秒100米),再加上球相對於火車的速度(每秒200米),也就是每秒300米。

這就相當於火車把自己每秒100米的速度雙倍贈送給了小球。於是,小球什麽都不做,僅僅通過一次違法行為,就輕鬆獲得了三倍的速度!實際上,在碰撞的過程中,火車會損失一部分的動能,這部分動能轉移到了小球身上。因為火車的質量很大,損失的這一點能量很難察覺,卻可以讓小球的速度猛增。

木星的質量本來是地球的318倍,在燃燒岩石之後地球還會變得更輕。在《流浪地球》中,地球就像一個小球撞向火車,通過碰瓷行為從巨大的木星那裏偷一點能量來加速,而太陽就是地麵的圍觀群眾。隻不過,在引力的彈弓效應中,木星和地球並不是通過實物碰撞,而是通過引力的牽引來完成能量的轉贈的。

也就是說,木星本來就在以很高的速度圍繞著太陽運動,地球靠近的時候,會被它的引力帶著一起跑,於是木星就把自己的速度傳給了地球。隻要不被木星的引力捕獲,地球離開木星的時候就會飛得比原來快得多,直到達到逃逸速度。

當然,地球還暫時不會去做碰瓷木星的實驗,但是我們現在發射的航天器,很多都是按照《流浪地球》擬定的逃跑計劃來操作的。比如,“嫦娥一號”探月衛星發射的時候,圍著地球繞了三個橢圓的圈,才加速到地月轉移軌道。直到後來技術更加成熟,才不再繞圈,直奔月球而去。

人類迄今為止發射的飛行距離最遠的星際探測器——旅行者1號,也使用了利用木星引力彈弓加速的飛行方式。探測器發射時速度是每秒36公裏,然後逐漸向木星靠近。在抵達木星附近的時候,探測器的速度受太陽引力的拉扯越變越慢,降到了每秒16公裏,然後一下子被木星的引力彈弓甩到了每秒38公裏左右。之後繼續小幅度加速變軌,隨著軌道越來越遠離太陽,需要克服的太陽引力也越來越小,隻需要再加速到每秒42公裏左右,輕輕一躍,就能順利地飛往太陽係外了。