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  • 1 # 老粥科普

    不知道問題中是指發動機本身還是以發動機推動地球這個事件,違反了牛頓第三定律?

    我認為單從這兩點看,都沒有違反。

    牛頓第三定律是這樣表述的:相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一條直線上。

    本文只談科學,不考慮故事情節。

    將牛頓第三定律的表述引用到《流浪地球》中,太陽與地球相互之間的力是符合定律的;發動機推動地球也是符合牛頓第三定律的。從理論上看,只要給地球以足夠的推力,是完全可以將地球推離公轉軌道,甚至推離太陽系的。電影中說推力夠了,那就沒問題。

    (太陽系示意圖,非按比例)

    地球繞太陽公轉,太陽對地球的吸引力與地球繞日運動產生的慣性力,這兩個力大小相等,方向相反,並且作用在太陽中心與地球中心相連的軸線上。

    (水星、金星、地球和火星繞日公轉軌道示意圖)

    我們的地球很大,它的平均半徑有6371公里,總質量達到5.965×10^24公斤(約60萬億億噸),它圍繞著太陽做一個接近圓的軌道運動,與太陽的距離大約為1.5億公里,地球的公轉速度大約是30公里/秒。

    即便地球看起來是如此地龐大,但如果擺在太陽的旁邊,它就是毫不起眼的一個小點。

    (太陽系星球比例圖,中間的是太陽,右下角紅色箭頭所指的那個極小的點便是地球)

    地球如果想逃離太陽的束縛,飛出太陽系,它向前的速度需要達到42.2公里/秒。也就是說地球還需要再快上12.2公里/秒。

    考慮到地球本身龐大的質量,要使地球獲得逃離太陽系的加速度,需要額外給它施加2.65×10^33焦耳的能量。事實上這不僅現在做不到,即便是在1萬年的未來也是做不到的,因為地殼承受不了如此大的壓力。

    (行星發動機)

    要知道這一萬臺“行星發動機”不僅要貢獻極大的推力,一萬多米高度註定了它每臺就有數以千億噸計算的重量。

    牛頓第三定律決定了行星發動機要想推動地球,它必然會向地殼施加同樣的力。

    離子推進的發動機並不是未來才有的黑科技,它現在就已經廣泛運用到衛星的空間推進上了。科學家們之所以看中離子發動機比不是因為它有強大的推力,而是因為它有持續的高比衝量,也就是說它可以用最少的推進劑獲得持續高效的推力。因為它的推力極低,在地面試車的時候,一臺大功率的離子發動機點火僅僅能吹動一張紙。離子發動機的優勢在於你將航天器發射上天后,它可以用29000米/秒的速度持續向後噴出等離子體,時間長了,航天器的速度慢慢就加上去了,它的能效比和噴氣速度是傳統火箭發動機做不到的。

    (離子推進發動機)

    最後地球是否真的能如願流浪到遙遠的比鄰星,我們看了電影就知道了。

    (流浪的地球)

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