《流浪地球》天体物理知识科普！

1、关于太阳的衰老和死亡——红巨星

当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段，步入老年期时，它将首先变为一颗红巨星。红巨星是恒星燃烧到后期所经历的一个较短的不稳定阶段，根据恒星质量的不同，历时只有数百万年不等，这与恒星几十亿年甚至上百亿年的稳定期相比是非常短暂的。红巨星时期的恒星表面温度相对很低，但极为明亮，因为它们的体积非常巨大。在赫罗图上，红巨星是巨大的非主序星，光谱属于K或M型

恒星依靠其内部的热核聚变而熊熊燃烧着。核聚变的结果，是把每四个氢原子核结合成一个氦原子核，并释放出大量的原子能，形成辐射压。处于主星序阶段的恒星，核聚变主要在它的中心（核心）部分发生，辐射压与它自身收缩的引力相平衡，恒星内部氢的燃烧消耗极快，中心形成氦核并且不断增大

随着时间的延长，氦核周围的氢越来越少 ，中心核产生的能量已经不足以维持其辐射，于是平衡被打破，引力占了上风，有着氦核和氢外壳的恒星在引力作用下收缩坍塌，使其密度、压强和温度都急剧升高，氢的燃烧向氦核周围的一个壳层里推进

这以后恒星演化的过程是：内核收缩、外壳膨胀——燃烧壳层内部的氦核向内收缩并变热，而其恒星外壳则向外膨胀并不断变冷，表面温度大大降低。这个过程仅仅持续数十万年，这颗恒星在迅速膨胀中变为红巨星。氦聚变最后的结局，是在中心形成一颗白矮星

太阳在引力坍缩期内会持续变大，体积会一直膨胀至现在太阳的992万倍，其太阳外表会直接到达地球轨道，吞没地球与月球

2、利用木星加速——引力弹弓效应

引力弹弓就是利用行星的重力场来给太空探测船加速，将它甩向下一个目标，也就是把行星当作“引力助推器”。

利用引力弹弓使我们能探测冥王星以内的所有行星。在航天动力学和宇宙空间动力学中，所谓的引力助推（也被称为引力弹弓效应或绕行星变轨）是利用行星或其他天体的相对运动和引力改变飞行器的轨道和速度，以此来节省燃料、时间和计划成本。

引力助推既可用于加速飞行器，也能用于降低飞行器速度。

那为什么流浪地球计划为什么一定要利用引力弹弓效应呢？不用可以吗？答案是不利用木星的引力加速，地球上的行星发动机是无法把地球加速至第三宇宙速度的，无法达到第三宇宙速度就无法飞出太阳系

当地球以某一个角度接近木星的时候，引力弹弓效应就开始悄然发生了。这个过程其实可以被当作一个弹性作用（elastic interaction）。流浪的地球逐渐进入木心强大的引力场，获得加速度之后再次被“甩”出去。为了便于理解，其实可以把它当成动量中的弹性“碰撞”，即能量和动量都守恒的“碰撞”。在这种“碰撞”中，两个物体的速度差会保持不变（这个在下图中会有所证明）。所以说如果一开始在引力弹弓作用之前地球和木星相向而行，地球的速度是v1，木星的速度是v2，他们的速度差是v1+v2，那么在作用之后，地球和木星变成了通向而行，木星速度依然是v2，为了保持速度差不变，地球的速度会变成v1+v2+v2，所以说地球的速度增加了2个v2，这是何等的高妙啊。（当然，这个情况过于理想，只是为了方便大家理解而简化的，真实情况要复杂许多）