華僑網 科技教育 科幻电影中的民科理论,你能看出多少? | 科技袁人

科幻电影中的民科理论,你能看出多少? | 科技袁人

导言:

《月球陨落》vs《木星上行》。

■ 视频链接:

ixigua.com/709861069366

本视频发布于2022年5月24日,观看量已达2.4万

■ 精彩呈现:

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最近我看了一部科幻电影《月球陨落》(Moonfall),剧情集成了很多民科理论,如月球是空心的、月球是外星科技的产物、政府掩盖了真相。至于说月球轨道变化居然还需要一个民间天文学家首先发现,就更是令人笑掉大牙:多少银河系外的天体人类都在探测,近在身边的月球轨道如果有变化,全世界的天文学家肯定立刻就知道了,还轮得到NASA保守秘密?顺便说一句,2015年有一部科幻电影《木星上行》(Jupiter Ascending),跟《月球陨落》倒正好形成对仗。两者的科学内容都是同样的不靠谱,然而《月球陨落》至少提供了一个科普的机会,可以在这里谈谈关于月球的一些有趣的事实。

月球如果离地球变得更近,首先能想到的效应就是潮汐变得更强,影片也确实着力表现了一点。这就引出了一个经典问题:为什么会有潮汐?

首先,潮汐主要是因为月球的引力。这是极少的月球对地球的效应比太阳对地球的效应强的例子之一,为什么呢?因为引潮力,即一个天体作用在地球海洋的引力与作用在地心的引力之差,反比于天体与地球距离的三次方,而不像引力反比于距离的平方。月球质量虽然比太阳质量小得多,但地月距离比地日距离小得多,因此地球受到的月球引力虽然只有太阳引力的1/170,地球受到的月球的引潮力却硬是超过了太阳的引潮力,前者达到了后者的2.17倍(scsio.ac.cn/kepu/201012)。

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然后,潮汐会出现在什么地方?一般人都能想到,地球上正对月球的地方会涨潮,因为那里的海水被吸向月球。这是正确的,但很多人没有意识到,地球上背对月球的地方也会涨潮!仔细想想,这是因为月球对那里的海水的引力小于对地心的引力,那里的海水被月球吸引得不够多,于是被甩出去,所以在当地看来也是水位上涨即涨潮。换句话说,就是地心相对于背面的海水被吸向月球。因此,一天会涨潮两次,海水会形成一个纺锤形。

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牛顿第一次对这个事实给出了解释。这是他的伟大功绩之一,因此在他的墓碑上有这么一句:“他以近乎于神的智力,及其独创的数学原理,第一次证明了行星的运动与形状,彗星的轨道和海洋的潮汐,并前所未有地探索了光线的折射和颜色的性质。”

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此外,影片中提到了月球的洛希极限。看过《流浪地球》的人可能都知道了这个名词,它是一个小天体开始被一个大天体撕碎的距离。为什么会被撕碎呢?正是由于刚才说的潮汐效应。当大天体给小天体造成的潮汐力跟小天体自身的引力相等时,小天体就会被撕碎。但这有个前提,就是小天体完全是由引力聚在一起的。如果考虑到小天体的物质还有刚性,那么会需要更近的距离才能把它撕碎,即洛希极限会变小。地球撕碎月球的洛希极限大约是9500公里,现在的地月距离是38万公里,所以月球完全不会被地球撕碎。

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实际上,月球不是在向地球坠落,而是在离地球远去,速度大约是每年3.8厘米。这会在几亿年后产生可观的效应,例如人类会失去自己最古老的宇宙景观之一:日全食(baijiahao.baidu.com/s?)。

关于潮汐还有一点重要的是,月球本身也被潮汐锁定了。前面说的是月球对地球产生的潮汐,这里说的是地球对月球产生的潮汐。虽然月球上没有海洋,月球的岩石也会产生潮汐。这种潮汐最终导致月球的自转周期跟公转周期相同,即它永远只有一面向着地球。实际上,潮汐锁定在宇宙中是常见现象,例如火星、木星、土星、天王星、海王星的许多卫星都已经被自己的主星潮汐锁定了。如果时间足够长,地球也会被太阳潮汐锁定,不过在那以前太阳可能已经变成了红巨星。也就是说,我们在死于失去昼夜变化之前可能会死于被烤干。

最后,《月球陨落》中出现的技术除了NASA的火箭和航天飞机外,还有欧空局ESA与NASA的联合飞船,还有SpaceX的太空加油,还有中国的登月舱。显然航天界和电影界都知道了中国的载人登月计划。我不久前介绍过,中国大约将在2030年载人登月(中国将在2030年前后载人登月!你看明白流程了吗?| 袁岚峰)。用两发长征五号登月版火箭先后发射月面着陆器和载人飞船进入环月轨道,两者对接,然后航天员操纵着陆器去登月。

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影片中,中国的登月舱造型相当科幻,性能也是杠杠的,直接保证了任务的成功。这不但是电影投资方钞能力的胜利,也是中国航天科技能力的胜利!

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■ 作者简介:本文作者袁岚峰,中国科学技术大学化学博士,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员,中国科学技术大学科技传播系副主任,中国科学院科学传播研究中心副主任,科技与战略风云学会会长,“科技袁人”节目主讲人,安徽省科学技术协会常务委员,中国青少年新媒体协会常务理事,中国科普作家协会理事,入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物,微博@中科大胡不归,知乎@袁岚峰(zhihu.com/people/yuan-l)。

■ 责任编辑:SS

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