最近一段時間，國產首部硬科幻鉅作《流浪地球》可謂是出盡了風頭，尤其是在大規模點映之後，給予好評的觀影者也是比比皆是，真是未映先火。
《流浪地球》海報
拋開電影的好壞不談，劉慈欣的《流浪地球》原著可是一本非常值得品鑑的作品，大家如果沒看過的話，有時間可以好好補一補。《流浪地球》主要講述了一個面臨世界末日的人類，選擇逃離太陽系的故事，小說一共分為四個章節，影片主要講述的是前兩章的內容，具體我也就不做劇透，大家可以自行去了解。不過相信看了電影預告影片後，初次接觸這個題材的同學們，可能會有“既然是要跑，那為什麼非要讓路線那麼靠近木星”這樣的疑問，因為在預告片裡，劇情最大的推動就體現在地球即將撞擊木星這一點上。
《流浪地球》中推動地球的引擎
就像標題所說的一樣，這裡涉及到一個宇宙航行的理論。人類航天發展至今，自重最大的運載火箭非NASA的土星5號莫屬了，它的起飛重量高達3038.5噸，總推力達3408噸。但是在飛出大氣層後的月球軌道運載能力，就只剩下了45噸，如此懸殊的對比說明通過地面建造載具，再頻繁往復的發射、降落將是對能源的極大浪費，同時，單純依賴自身的燃料能源，對於當下的人類文明而言，宇宙的遠距離航行還是非常遙不可及的。
風帆是人類跨入航海時代的關鍵
如果把宇宙空間比喻成大海，那人類現在所處的階段，就好比是坐著一支獨木舟，依靠人力和船槳，好不容易到達了目力所及的一座海島一般。如果想要在海上遠航，那就一定需要藉助自然的力量——風。那如果是在宇宙裡遠航的話，我們能夠藉助的是什麼呢？而在宇宙空間之中，像大海里的風一樣無處不在的是什麼呢？那一定就是引力了。
引力作為宇宙中的基本力之一，它無處不在，甚至時間與空間都會因它而扭曲，它就是宇宙這片汪洋大海里的風。而“引力彈弓”效應，就是當前已驗證的理論下，人類對引力所做的最有效的利用。
引力是宇宙中的四大基本力之一
其實“引力彈弓”這個詞很多人並不陌生，因為近兩年的科幻大片中例如《火星救援》、《星際穿越》都有多次提及。我們還是拿木星為例，一個天體在圍繞木星旋轉，它的橢圓軌道必然存在一個近點和一個遠點，根據質量守恆定律，天體由遠點向近點運動的過程中，他的勢能在減少，動能在增大，這是一個加速的過程，而“引力彈弓”效應利用的就是這一點，人造天體通過軌道修正，利用行星的引力加速。那有的同學可能就會說了，既然是能量守恆的，那它進入的速度和飛出的速度應該是不變的，怎麼可能會加速呢？而且在修正軌道的同時，是需要消耗能量的，反而會造成降速才對。
“引力彈弓”效應圖解
這裡需要引入太陽這個參照物來幫助理解。木星通過引力在維持天體圍繞它運行的同時，這個龐然大物也在依靠引力，以13.07km/s的高速，圍繞著太陽公轉，根據愛因斯坦著名的質能方程，有質量，有速度，那就有能量。
“引力彈弓”效應示意圖
上面說到人造天體以一個較低的速度切入圍繞木星的軌道進行動能與勢能的轉換，在這個過程中，以木星體系本身為參考的話，是完全符合能量守恆的，但是如果引入太陽這個參照物，這個過程就會是一個強有力的加速過程，就好像是石子被彈弓射出去一樣，而加速所需要的能量，正是來源於木星質量與它的高速公轉的速度所蘊含的巨大能量。
把圖中的地球換成木星也是一樣的道理
這就好比你跳上了一輛高速行駛的汽車，在不考慮受傷等因素的情況下，你跳上車的瞬間相對於行駛中的汽車而靜止的你，已經獲得了與汽車一樣的速度，而當你再次跳下車的瞬間，這個速度還是保留下來的，而給你帶來速度的能量就來源於汽車。這個就是“引力彈弓”效應能夠給宇宙航行器有效加速的原理所在。
物理課本中關於參考系的內容
當然我說得可能也不是特別清晰，大家可以再去參考那個跳車的例子，上學的時候，大家肯定都接觸過從車上扔瓶子這一類的物理題目，瓶子在離開車的瞬間，相對於車上的你是靜止的，但相對於車外面的人而言，它是以與車相同的速度在運動的。
而“引力彈弓”效應其實已經有過實際的應用，旅行者系列飛船，就是依靠這一理論，通過精密的計算，利用太陽系內的各大行星進行加速，將飛出太陽風影響範圍的時間大幅縮減了12年之多，理論上來說，如果利用黑洞進行加速的話，可以加速到無限接近於光速。
旅行者號飛船及其攜帶的黃金唱片
但是真正能夠給我們帶來革命性變革的航天技術註定是可控核聚變與無工質推進的結合，那時就好比我們人類掌握了汽輪鐵甲船的航海時代，到那時，我們說不定可以傲然的宣稱，太陽系內，皆是我人類的領域。而神乎其技的曲速引擎、超空間、蟲洞技術，才是能夠真正帶領我們進入宇宙深空時代的關鍵。
曲速引擎想象圖
都講到這裡了，大家應該都明白電影中地球為什麼非要靠近木星了吧，沒錯，就是為了得到足夠的逃逸速度！畢竟太陽就要“爆炸”了，僅僅依靠人類的發動機，速度是遠遠不夠的。
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