春節檔，電影《流浪地球》大熱。不少觀眾在看完電影后依然覺得摸不著頭腦，到底什么是“引力彈弓”？“重聚變發動機”又是怎樣工作的？南京航空航天大學理學院副教授李晉斌應邀為揚子晚報做了專門解讀。 揚子晚報/揚眼記者 楊甜子


關于引力彈弓


“引力彈弓”是飛行器加速常用的方法


《流浪地球》電影中，地球逃逸太陽引力的重要段落里，“引力彈弓”扮演了舉足輕重的“角色”。李晉斌介紹，地球這個龐然大物，半徑6371公里。但劇中人類造出了同樣龐大的行星發動機，足以在5年左右將地球推進到逃逸太陽引力的最低速度，即16.7公里/秒。這個速度相當于復興號列車速度的200倍。即便是如此高的速度，相對于星際距離來說還遠遠不夠，目的地比鄰星(半人馬座三星)距離地球4.3光年，如果按照逃逸速度航行，需要7.7萬年才能抵達，這實在是太漫長了！于是人類想到了借助木星的“引力彈弓”，令地球零消耗改變方向、提升速度，最后到達比鄰星。


李晉斌告訴揚子晚報記者，“引力彈弓”是一種飛行器加速常用的方法，我們向地球以外的天體發射飛行器時，常會應用到其他行星或天體做“引力彈弓”，以此來節省燃料、時間和計劃成本。比較經典的可能是美國的“卡西尼”號探測器了，它于1997年10月15日從地球發射前往目的地——土星，但只帶了很少的燃料。它在1998年4月26日利用了金星的彈射，在1999年7月24日利用了金星的第二次彈射，又于1999年8月18日利用了地球的彈射，后于2000年12月30日利用了木星的彈射，最終于2004年7月1日抵達土星。


電影里的“引力彈弓”場景很可能實現不了


“比如一只乒乓球，當它飛向一面靜止的球拍時，在忽略重力、空氣阻力、摩擦等因素的情況下，反彈速度是相同的。但如果這個球拍向著來球方向移動，那這個球與拍相撞后反彈速度就會變快，這就是‘引力彈弓’效應。”李晉斌說，其實“引力彈弓”也是科幻電影經典橋段之一。例如《星際穿越》中，庫珀為使“巡邏者”號飛船到達米勒星球，這就需要降速c/3，他采用的方案是利用一顆中子星進行引力彈弓減速。


值得注意的是，《流浪地球》中的引力彈弓場景很可能實現不了，電影忽視了一個非常重要的先決條件，木星和地球的質量比值不夠大，大約320(不像乒乓球和球拍質量差那么懸殊)。地球不可能利用木星的巨大引力實現引力彈弓的加速效果，地球一旦被木星引力捕獲，結果必然是地球和木星相互牽扯，兩者相互圍繞旋轉，旋轉半徑會越來越小，最后，地球和木星發生猛烈碰撞，形成一個新的星球。