宇宙中是否有流浪行星？《流浪地球2》沒說的都在這里了

地球本身不是一塊堅硬的石頭，地殼下40—70公里處是熔巖，有點類似于雞蛋的結構。如果想驅動1萬多座發(fā)動機，僅耗時百年來推動地球“行走”，發(fā)動機對地球產(chǎn)生的壓力，是地球承擔不起的，會把“雞蛋”的殼擊碎。而如果發(fā)動機緩慢加速逐漸達到最大功率，那地球“流浪”的時間將更長，甚至要成千上萬年的時間。在“流浪”期間，地球會發(fā)生什么、遭遇什么，人類文明又將經(jīng)歷什么，都很難預料。

如果太陽危機近在眼前，人類該如何生存下去？地球作為目前銀河系中已知的唯一存在生命的星球，時刻接受著太陽的“烤問”。

在五六十億年后，太陽即將迎來其生命的“終點”，這種“烤問”就會變得無比致命。

最近大火的電影《流浪地球2》，便是在這種末日即將降臨的背景下展開的。影片中，人類試圖借助萬座巨大的行星發(fā)動機、洞悉一切的量子計算機、高聳入云的太空電梯求得一線生機。

那么，在現(xiàn)實中，太陽最終會對地球造成致命一擊嗎？地球會隨著太陽一起衰亡嗎？行星發(fā)動機是否真的能推動地球去“流浪”？為此，記者采訪了《流浪地球2》的多位科學顧問、專家學者，一起解讀有關“流浪地球”的硬核科學。

若太陽走向終結，地球能否幸免于難？

太陽危機初現(xiàn)，人類攜手迎難而上……《流浪地球2》展現(xiàn)的未來圖景，殘酷卻又激蕩人心。

太陽這個距離地球約1.5億公里的巨大“火球”，是太陽系中最大的天體。大約在46億年前，太陽在距離銀河系中心約2.6萬光年處，由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而成。

目前，太陽正處于壯年期，在天文上被稱為主序星階段，這個階段大約會持續(xù)100億年。它為地球帶來了光明與能量，是生命起源必不可少的因素。但太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射等也時常對人類生產(chǎn)生活造成破壞。

然而，太陽最終會老去，《流浪地球2》的緣起，便是太陽的急速膨脹老化。

在銀河系里，90%以上的恒星最終都會演化成白矮星。在它們的演化末期，會吞噬其附近軌道的行星。作為一顆“普普通通”的恒星，太陽的歸宿也是白矮星。這是否意味著，太陽周圍包括地球在內的行星注定也將被吞噬？

“如果行星距離恒星的位置比較近，則被恒星吞噬的可能性很大?！薄读骼说厍?》科學顧問、中國科學院國家天文臺研究員茍利軍告訴記者。

不過，“被吞噬”并非行星唯一的歸宿。太陽最后會經(jīng)歷一次行星狀星云的爆發(fā)，變?yōu)橐活w白矮星。在白矮星的周圍，原有的行星也是有可能存在的。

隨著人類觀測手段的提高，天文學家也的確在白矮星周圍發(fā)現(xiàn)了一些圍繞白矮星運行的行星。

2020年9月16日，國際權威學術期刊《自然》刊文稱，美國科學家團隊首次公布了一顆木星大小的行星圍繞白矮星旋轉的證據(jù)。此外，2022年2月，英國天文學家發(fā)現(xiàn)，距地球117光年的一顆編號為WD1054-226的白矮星附近的“宜居”地帶，也可能存在著一顆行星。

地球是否可以逃離，躲避“太陽危機”？

2078年，地球將遭遇太陽“氦閃”危機，是電影中人類決定“流浪”的關鍵。

氦閃是太陽演化的關鍵環(huán)節(jié)，也是地球接受太陽“烤問”的生死時刻。

“太陽之所以會發(fā)光，是因為太陽核心正在發(fā)生核反應，那里的氫通過聚變合成氦，這個過程會逐漸消耗氫，繼而導致太陽核心的坍縮。同時，太陽核心之外的包層在高壓強下發(fā)生膨脹。”南京大學天文與空間科學學院教授陳鵬飛告訴記者，“當以氦為主要成分的太陽核心逐漸收縮時，其溫度也越來越高。當溫度達到約1億攝氏度時，氦會被點燃，大量的氦在幾分鐘內完成聚變反應，釋放的能量很巨大，發(fā)出的光會猛然增加約50倍，這個過程就是氦閃?！?/p>

再過50多億年，太陽演變?yōu)榧t巨星后，其表面溫度可能會從現(xiàn)在的5700多攝氏度降為約3000攝氏度，屆時太陽核心的氫將消耗殆盡?！读骼说厍?》科學顧問、中國科學院物理所研究員梁文杰說：“氦閃通常會發(fā)生在紅巨星演化末期。紅巨星階段，太陽已經(jīng)膨脹到地球軌道，而且表面溫度達到約3000攝氏度，而地球巖石的熔化溫度在2000攝氏度以下。因此，無論是紅巨星階段的溫度變化，還是突然爆發(fā)的氦閃，都會讓地球熔化?！?/p>

如果50多億年后，地球生存危機在所難免，那么是否可以在太陽的“膨脹期”提前避其鋒芒，改變軌道另尋去處，待氦閃等危機解除后，再重返原來的地球軌道？

梁文杰認為，即使太陽危機解除后重返原來的地球軌道，對于地球來說，可能意義也不大了，“因為那時的太陽已經(jīng)進入衰老期，它提供的熱量應該無法維持地球生命的生存了。太陽系中的木星、土星、天王星、海王星，由于距離太陽較遠，均為冰凍星球，星球溫度在零下一二百攝氏度。屆時地球如果還想回到太陽周圍獲取能量，就要不斷修正軌道，逼近太陽，但最終太陽這個‘大火球’還是會‘熄滅’的?！?/p>

“就算暫時‘離家出走’再重返家園是可行的。可地球需要先加速離開原有軌道后再減速，速度調節(jié)的過程會很漫長，而且這會消耗地球上巨大的能量，工程浩大。更何況，重返地球目前的軌道、逼近太陽的過程，也存在風險。”梁文杰說。

而如果放棄太陽，尋找其他恒星，也將面臨更大挑戰(zhàn)。茍利軍認為，假如地球另擇宇宙“棲息地”，選擇新的恒星環(huán)繞運行，就意味著要“適應”一個新的行星軌道，那么進入軌道的速度、方向、能量等都需要精準測算，人類現(xiàn)有的技術在短期內難以實現(xiàn)行星級天體的入軌。

核聚變會是更好的“流浪”方案嗎？

影片中，人類試圖通過移山計劃、方舟計劃、逐月計劃、數(shù)字生命計劃在末日來臨時尋找生機。最終，上萬座巨大的行星發(fā)動機，成為推動地球開啟“流浪之旅”的希望。

梁文杰為影片中的行星發(fā)動機、月球發(fā)動機、逐月計劃的物理效應以及月亮爆炸方式等內容提供過建議，他表示：“從藝術上來說，影片中的地球‘流浪’方式是一個偉大的想象，但從目前的科學水平來說還很難實現(xiàn)?！?/p>

梁文杰解釋：“地球本身不是一塊堅硬的石頭，地殼下40—70公里處是熔巖，有點類似于雞蛋的結構。如果想驅動1萬多座發(fā)動機，僅耗時百年來推動地球‘行走’，發(fā)動機對地球產(chǎn)生的壓力，是地球承擔不起的，會把‘雞蛋’的殼擊碎。而如果發(fā)動機緩慢加速逐漸達到最大功率，那地球‘流浪’的時間將更長，甚至要成千上萬年的時間。在‘流浪’期間，地球會發(fā)生什么、遭遇什么，人類文明又將經(jīng)歷什么，都很難預料?！?/p>

“但如果考慮能源供給方式，受控核聚變很值得期待，雖然現(xiàn)在還面臨很大的技術挑戰(zhàn)?！绷何慕芙榻B，核聚變是在高溫情況下，讓兩個原子核相互碰撞，最終結合，生成一個新的原子核，其間能釋放巨大的能量。這其中的關鍵是要將核聚變產(chǎn)生的能量長期、持續(xù)地向外穩(wěn)定輸出，要實現(xiàn)這一點目前還需要攻克很多技術難題。

不過，即便氫的核聚變最終能夠實現(xiàn)，可以為人類提供大量能源，但核聚變所需要的重要原料氘、氚，在地球海水中的豐度較低，核聚變原料氦-3的儲量也異常稀少。因此，以目前人類擁有的資源總量來看，核聚變的能量還是不足以推動地球離開太陽系。

那么，是否可以像《流浪地球2》中那樣“燒石頭”，通過重核聚變獲取能量呢？梁文杰表示，重核聚變指的是采用硅、氧等比較重的元素作為聚變原料獲得核能。相較于以氘、氚、氦-3為原料的輕核聚變，重核聚變獲得聚變能的效率很低。雖然硅和氧元素在地殼中的比例較大，但為了克服重元素原子核之間巨大的靜電斥力，使它們產(chǎn)生核聚變反應，需要更高的溫度和更強的壓力，反應溫度甚至需達幾十億攝氏度，這極大地挑戰(zhàn)著目前人類的科技能力。

宇宙中是否有流浪行星？

如果有一天，地球不得不踏上“流浪”之旅，是否能在茫茫宇宙中遇到“同病相憐”的天體？

《流浪地球2》科學顧問、中國科學院國家天文臺研究員茍利軍介紹，在宇宙中，有一類不環(huán)繞任何恒星公轉的行星，即流浪行星。目前，人類已經(jīng)探測到約100顆流浪行星，體積較大的約為木星的十幾倍，較小的則接近地球。

“根據(jù)現(xiàn)在的了解，流浪行星產(chǎn)生的方式可能有兩種：一種是它們本身形成的時候就只有行星本身。而另外一種可能性，就是該行星是從恒星系統(tǒng)當中被‘拋射’出來的?！逼埨娕e例，如果一顆較大的恒星在太陽系附近，就有可能在引力的作用下，使太陽系最外側的行星偏離原有軌道，并最終脫離太陽系。

《流浪地球2》科學顧問、中國科學院物理所研究員梁文杰則提供了另一種假設：大的恒星在演化末期會經(jīng)歷一次劇烈爆炸，即超新星爆發(fā)，并拋射出大量的星際物質?！昂阈歉浇男行蔷涂赡茉诖藭r被拋出原有的軌道，變成一顆顆流浪行星。”

近年來，隨著觀測技術的提高，流浪行星不斷被人類發(fā)現(xiàn)。2018年8月，美國科學家證實，一顆質量約為木星12倍的行星在距離地球約20光年的地方獨自流浪，并不依附于任何恒星，是使用射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)的首顆流浪行星。

2020年，美國和波蘭天文學家在《天體物理學雜志快報》撰文指出，他們借助微引力透鏡，可能發(fā)現(xiàn)了迄今已知最小的流浪行星，其“體重”約為地球的10%。

“流浪行星不發(fā)光，所以很難被探測到，它們被發(fā)現(xiàn)往往緣于一個偶發(fā)事件，所以被探測器關注的時間非常短暫，這也導致了目前人們對流浪行星的研究十分有限?！逼埨姳硎荆鶕?jù)目前人類的技術水平，尚無法判斷流浪行星上是否有生命。

梁文杰分析，生命的存在除了需要構成生命體的元素，例如氨基酸、碳、氫等物質，還需要適宜的溫度?！坝钪娴难莼袝r會將一些有機物拋射到星體上，而有機物存活，需要適宜的溫度。流浪行星不發(fā)熱，也沒有恒星為其提供熱量，所以會不斷降溫，直至降低到宇宙最低溫度，這樣的低溫是很難孕育生命的?！绷何慕苷f。

來源：科技日報、內蒙古科協(xié)“云上科普”APP

編輯：喬予莘

審核：娜仁娜 趙樂文