何为行星借力？车辆为何不是无人驾驶？中科院空间科学家带你看《流浪地球》

“在很多年以前，人们不关心太阳，只关心一样叫做钱的东西。”当太阳就要毁灭，太阳系已经不适合人类生存，地球人别无选择，只能让地球去流浪，到太阳系外寻找新的家园。为了让地球获得足够的速度，除了建造行星发动机推动，电影中的地球人还用了深空探测中常用的一招——行星借力。

▲木星借力示意图

行星借力，简单的说就是让飞船从行星边上飞过，跟着行星跑上一段，利用行星的引力来加速飞船。这一招，耗费（燃料）少，收益（速度增量）大。早期飞往太阳系深处的“先行者号”飞船、已经到达恒星际空间的“旅行者号”、最新的“新视野号”，还有流浪的地球都采用了这种技术。“价格便宜量又足，我们一直都用它”。

行星借力的关键是要让飞船靠近行星，进入行星引力足够强的区域，但又不能太靠近，就像一位知名企业家描述企业家和政治家之间关系，“跟他恋爱，不要结婚”。飞船如果太靠近，就会撞上去。像电影中所描述的那样，地球想通过木星借力，结果靠得太近，差点撞上去，最后不得不点燃木星制造大爆炸才得以将地球从木星上推开。

▲点燃木星

“道路千万条，安全第一条”，行星借力也一样。借力的过程中飞船撞上行星，造成“船毁玩完”的风险是一个必须考虑的因素。

历史上，“伽利略号”木星探测器计划通过地球借力飞往木星，飞船上携带了一些用于发电的核燃料。万一核燃料在大气中扩散造成地球上大量的人、动植物死亡和环境的巨大破坏。因此，环保组织一度上法庭申请禁止令，阻止“伽利略号”飞船的发射。“伽利略号”差一点就“出师未捷身先死”。后来，经过著名天文学家、康奈尔大学教授卡尔萨根撰文解释，说明科学家在计算航天器的轨道时非常谨慎，而且负责做这个行星借力计算的团队也非常有经验，出现飞船撞上地球的机率非常非常小，才平息了这场官司。

▲命运多舛的“伽里略号”飞船

事实上，即便以今天的技术水平，人类也已进行了多次行星借力，没有一次出现过电影中地球撞向木星的情形。更何况“地球去流浪”发生在距今至少数亿年以后，那时候的行星借力模型只会比今天的更精确，计算能力也比今天的更强大，对于行星借力的掌握也更加精准。那为什么还会出现电影中操作失误，导致地球撞向木星的结果呢？

答案只有一个，那就是太阳爆发。

在影片开头出现的那个精美的太阳冕环画面，就是太阳表面被磁场约束的高温等离子体，在一定条件下这样的等离子体会爆发，以每秒数百甚至数千公里的速度撞向地球。从地球上看，这个速度非常快。飞机以这个速度飞行，从北京到纽约只需要几秒钟。从太阳到现在的地球的位置，以这个速度传播的太阳爆发需要一到两天的时间。

需要注意的是，现阶段太阳的爆发只能影响空间天气，不足以显著改变地球轨道。

▲太阳大气中的等离子体环

在太阳即将开始膨胀的阶段，太阳产生强烈的爆发可能性也是有的。在地球靠近木星进行借力的前两天，一个前所未有的太阳爆发产生了。这次爆发活动非常强烈，喷出的等离子体速度超过了10000公里。当时所有的科学家都在忙于维护行星发动机，没有人注意到这次太阳的活动。还是那句话，没有人关心太阳。

正所谓无巧不成书，就在地球靠近木星进行借力飞行的关键阶段，太阳喷发出的高速等离子体流抵达木星附近，轻轻地在地球身上推了一把。地球在推力的作用下偏离了预定的轨道，向木星飞去，差点导致了地球和人类的毁灭。最后吴京扮演的中国航天员刘培强不得不牺牲自己和空间站来挽救地球。

如果当时有空间天气的观测，及时发现太阳爆发活动，科学家们可以调节地球的飞行轨道，等太阳风暴经过后再进行木星借力飞行。这样可以避免一场悲剧，刘氏父子也有重新团聚的机会。

《流浪地球》里另一个可能和空间天气有关的情节是，影片中的车辆依然由人工驾驶，而非无人（人工智能）驾驶。

在经历数亿年的技术进步后，人工智能将会非常发达，无人驾驶的车辆应该早就制造出来了。为什么影片中的车辆却还是人工驾驶呢？据推测，答案有可能是太阳爆发产生的高能粒子摧毁了人工智能驾驶的芯片。所以电影中刘启等人只能自己开车了。高能粒子损坏芯片在航天历史上时有发生，而且是损坏哪个芯片是随机的。在电影中被破坏的正好是人工智能驾驶芯片，其他的芯片都完好无损，车还能开。

“道路千万条，安全第一条，行车不规范，亲人两行泪。”如果不是因为太阳爆发，刘启等人就不用自己开车，而我们也无缘听到这么可亲可切、朗朗上口的提示音了。

作者：刘勇
编辑：张鹏
责任编辑：顾军

来源：中科院之声、中科院国家空间科学中心