《流浪地球》引力弹弓是什么?

顾顾山楠

“地球是否想要逃离太阳系,它为什么要如此接近木星?”最近,在阅读了热门的科幻电影《流浪地球》之后,很多人都有这样的疑问。虽然电影和原着小说都是为了使用“引力弹弓”来解释这一点,但想要解释什么是“引力弹弓”,它确实需要付出很多努力。

我不知道你小时候是否玩过一种名为“Bouncy Ball”的玩具。这种玩具非常有弹性,当你扔它时它几乎会以原来的速度回来。但是如果你敢把它扔到奔腾的车上(请不要模仿读者),你会发现弹跳球在反弹时突然变得很快。——。如果你真的做过这个实验,你的弹跳球就找不到了,因为反弹速度太快,你无法看到被轰炸的地方。

在我年轻的时候,作者也对这种神奇的现象感到困惑。直到高中物理学发生弹性碰撞才能理解其中的原因。——我们假设弹力球的速度是v,并且汽车的速度是U.然后,以汽车作为参照系,整个碰撞过程可以描述为:弹力球以一定速度撞击v U,在与汽车发生弹性碰撞后,它会以相同的V U反弹但反方向反弹。对于站在地面上的观察者来说,弹跳球反弹的速度是U(汽车相对于地面的速度)(v U)(弹力球相对于汽车的速度)=2 U v换句话说,弹跳球在反弹期间的速度是汽车的两倍。

这个过程似乎不符合能量守恒定律,但仔细分析会发现弹跳球实际上是“偷”了部分汽车的动能,但两者之间的质量差异也是如此。伟大的,汽车的动能损失可以忽略不计。

所谓的“引力弹弓”实际上是在宇宙尺度上重复这一过程。现在让我们把木星想象成卡车,“游荡地球”就是弹力球。我们知道像木星这样的行星围着太阳旋转,假设太阳周围的线速度是U,“游荡的地球”面临着它的旋转方向,在被木星“滑动”半圈之后以速度v切割重力被取出。根据能量守恒定律,我们可以将这个过程近似为弹性碰撞。在地球切入木星轨道之前,相对于太阳的速度是v,但是当它被抛出时,相对于太阳的速度在最理想状态下接近2U v。也就是说,“游荡地球”的速度是木星革命速度的两倍。这种速度可以帮助地球摆脱太阳系的重力束缚,打开“漫游”之旅。——当然,这种加速的能量也被木星“偷走”了。的。

这个过程听起来很神奇,但并不是那么大。事实上,电影中的人类技术是高度发达的,引力弹弓几乎是不同的。实际上,人类已经成功地将这一理念付诸实践。

早在1918年,俄罗斯科学家尤里就提出了引力弹弓的最初想法。 1961年,美国学者米诺维奇计算了太阳系中行星的轨道,发现在1977年,木星,土星,天王星和海王星都是正确的。他们都会跑到太阳的一边。如果他们发射一架飞越太阳系外的飞机,他们将能够使用这四颗行星的重力弹弓来实现最大加速度。错过这个机会,你需要再等176年才能得到这样一个完美的“窗口”。因此,NASA于当年8月20日和9月5日紧急开发并推出了“旅行者1号”和“旅行者II号”探测器。

这两个探测器在“引力弹弓”效应的帮助下成功飞出太阳系,成为迄今为止飞行最远的两种生物。

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