什么叫“重力助推”？啥又是“洛希极限”？看完《流浪地球》的观众可能会一头雾水：为什么地球一定要靠近木星才能逃离太阳系？为什么又不能太靠近木星？既然那么危险，离木星远一点不好吗？
今天我们就来解释解释这一系列问题。
1.“重力助推”——为什么地球一定要近距离“超车”木星
电影的故事背景大家都很清楚了：太阳急速老化，持续膨胀，很快将会吞没地球。世界联合政府制定了前无古人后不知道有没有来者的宏伟计划——“流浪地球”，目的就是让地球逃离太阳系，寻找新的家园。
看完片，我摘下3D眼镜，抹抹眼泪，做回一个严谨的科普工作者，把事情捋了一下。
这个“开地球”计划一共分5步：
（1）建造一万座推动地球的行星发动机，以及一万座位于发动机正下方的地下城
（2）开启赤道转向发动机，使地球停止自转
（3）开启行星发动机，并利用木星加速，地球逃离太阳系
（4）逃离太阳系后，行星发动机全功率开启，地球利用500年加速至光速的千分之五
（5）地球以千分之五的光速滑行1300年，随后用700年时间减速，最终抵达4.2光年外的新家园
这个计划可以说是又浪漫又令人肃然起敬。而电影主要讲述的是计划第三阶段发生的故事——地球“超车”木星，并利用其加速。
那么问题来了：我们干嘛要去超木星的车？
这是因为地球需要利用木星的引力进行加速，从而获得足够的速度，逃离太阳系。这个操作其实就是科学家口中的“重力助推”（gravity assist），也叫做“引力弹弓”。
上图中，小球相当于地球，大球相当于木星，当地球近距离经过木星时，可以获得木星的一部分公转速度，来实现加速的目的。
而且，这个操作最大的优势在于，不需要消耗燃料。（也就是说，可以少烧一丢丢石头了！）
这很科学！
最早的动力助推成功实例重力助推并不是什么新鲜事物，早在1959年，苏联的月球3号探测器第一次利用重力助推改变了自己的轨道平面。
从此以后，重力助推就逐渐成为航天器飞行过程中的常规操作，1977年发射的旅行者2号更是先后利用木星、土星、天王星和海王星四颗行星的引力加速飞离太阳系。
行星引力不仅可以用来加速，也可以减速去年（2018）发射的帕克号太阳探测器，就是通过多次利用金星引力减速，逐渐靠近太阳。
2.“洛希极限”——开地球也要遵守基本法哟
既然如此，为了从木星那蹭走更多速度，是不是距离木星越近越好呢？这就要说到第二个科学概念——“洛希极限”。
法国天文学家爱德华·洛希首次进行了这一极限的计算，洛希极限也由此而得名。
在电影中，地球和木星的距离越来越近，根据万有引力定律，木星对地球的引力大幅增加，与此同时地球不同部分受到木星的引力作用也不相同，比如靠近木星一侧的地球表面受到的木星引力就比远离木星的地球表面要大，这就导致地球有被拉伸的倾向，我们可以把地球被拉伸的效果看成是一种力，这种力就是潮汐力。当地球和木星的距离近到一定程度，木星对地球的潮汐力刚好等于地球维持自身完整所需的万有引力，这个距离就是洛希极限。如果地球在这个距离以外，就不会因为潮汐力而分裂。洛希极限又可以具体分为刚体洛希极限和流体洛希极限，电影中地球大气被木星吸走就是地球进入了流体洛希极限的表现。不同天体之间的洛希极限不尽相同，主要和两者的密度有关。
以上这段看起来很复杂，但其实说的就是一件事儿：地球在木星边上安全行驶的最近距离就叫“洛希极限”。
（PS：需要说明的是，电影中对洛希极限的处理是有问题的，实际上木-地刚体洛希极限小于木星半径，也就是说地球在撞上木星上层大气之前不会因为潮汐力提前散碎。）
这很科学！
五个世纪前哥白尼的“放逐地球”计划说出来你可能不信，地球流浪的意象其实在人类历史中真实发生过，而且和行星的“行车”模式也有密切联系。在16世纪以前，人们普遍接受的宇宙观是地球位于宇宙的中心，太阳、月亮、行星乃至恒星，都围绕着地球运动。
这时候天文学家需要解决一个棘手的问题——为什么行星会逆行？古人发现金木水火土五大行星都有逆行的现象，原本行星朝一个方向走的好好的，不知道为什么就停了下来，甚至往回走了一段，随后才恢复正常继续向前。
地心体系下解释行星逆行 在公元一世纪成书的《至大论》中，希腊天文学家托勒密构建了本轮-均轮体系，这是地心体系下为了解释行星逆行而产生的一套概念。
托勒密之后的天文学家对托勒密在《至大论》中论述的地心体系又有所修正和改进，但大都没有跳出托勒密当初划定的框架，随着时间推移，越来越多的以托勒密体系为基础的改进模型陆续出现，尽管大家都以托勒密为蓝本，但细节上又不尽相同，大家甚至不知道应该采用哪一种模型来计算行星的位置，天文学陷入了停滞。
波兰天文学家哥白尼注意到了这一现象，他认为这是延续千年的天文学传统催生出的“怪物”，想要消灭怪物，就需要跳出托勒密的框架，在根本上有所突破。
“为什么不让地球动起来呢？”这个念头在哥白尼脑海里一闪而过，哥白尼抓住了这个稍纵即逝的想法，并在此基础上建立了一套数学体系，即我们熟知的《天体运行论》。
重庆出版社2018年12月版详细记载天体运行规律
《天体运行论》中，天体的位置可以经过精密计算得出
过去在托勒密体系下需要本轮和均轮才能解释的行星逆行运动在哥白尼的努力下也得到了简化，行星逆行实际上就像是我们平常在路上超车，行星只是看起来在逆行罢了。
当然了，哥白尼的工作仅仅是个开始，在开普勒、伽利略、牛顿等人的努力下，地球最终离开了宇宙中心，和金木水火土一起成为了绕太阳运动的行星。
有意思的是，木星在这个“放逐地球”计划中同样扮演了重要角色。意大利天文学家伽利略在1610年发现了木星的四颗卫星，木星卫星的发现使得哥白尼的日心说不再是空中楼阁，木星与四颗卫星组成的系统便是日心体系的绝佳类比。
刘慈欣曾表示，他想通过《流浪地球》呈现人类世界在宇宙中流浪的意象，相比于通过飞船逃离世界的意象，前者无疑更具美感。
在人类的精神世界中，地球真正运动起来也不过是最近四百多年的事情。五个世纪前，弗龙堡的箭楼上，哥白尼与笼罩在人类上方数千年的庞然阴影战斗一生。而他的胜利是黑暗中喷射而出的火，因其力量与美而孤独，却在数百年间始终照亮人类的漫漫星路。
从此，我们面对无垠的星空，第一次睁开了眼睛。
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