《流浪地球》,中国最好的STEAM教学案例之一

网友投稿 2019-02-13 16:03

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春节假期里,一部电影引发数亿人关注。

被誉为国产科幻开山神作的《流浪地球》以超过22亿的票房,成为春节电影票房冠军。

但在现实生活中中,“流浪地球”的故事真的可能发生吗?

你真的有看懂《流浪地球》吗?电影里面都有哪些值得推敲的点?

下面就让盛思谷陪你从STEAM教育的角度一起探索其中的科学奥秘吧!https://cdn.china-scratch.com/timg/190215/160330H25-1.jpghttps://cdn.china-scratch.com/timg/190215/160330H25-1.jpghttps://cdn.china-scratch.com/timg/190215/160330H25-1.jpg

S. 科学(Science)

“氦闪”是什么现象?太阳会不会熄火?

从恒星的演化规律上来讲,太阳是会有熄火的那一天,不过是在遥远的50亿年之后。

简单来讲,当太阳核心中的氢燃烧殆尽,生成的氦元素在引力的作用下坍缩,释放的能量进一步升高温度,点燃核心周围的氢壳层,然后太阳迅速膨胀,成为一颗红巨星。

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有理论认为,太阳演化生成的红巨星非常巨大,最远能够膨胀到地球轨道。这样,水星、金星和地球都会逐渐坠入太阳而毁灭。

其实,早在太阳吞噬掉地球之前,地球上的海洋早已被膨胀的红巨星烤干,生命不复存在。

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图注:太阳从诞生到膨胀为红巨星的过程。

氦闪是发生在质量介于0.5倍到2倍太阳质量的恒星演化末期。

实际上,电影中发生的剧烈景象是虚拟的。据科学家计算,如此巨大的能量并不会对红巨星的外观造成什么可观测的影响,

这里要简单阐述一下氦闪的过程:氢燃烧变成的氦物质堆积在太阳核心,核心的物质越来越多,然后发生收缩温度升高,但核心的物质处于简并态,温度的升高并不能使其自动停止收缩。

当温度跨过1亿度的门槛时,就会发生猛烈的爆炸式氦燃烧,分分钟就把能够燃烧的氦变成碳。但氦闪释放的能量都被太阳本身吸收,所以表面也就看不出内部发生了什么变化。

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T. 技术(Technology)

木星引燃计划

七万公里外氢气爆炸,能推动地球改向?

这是电影中的一大bug,先不说木星能否吸走地球部分大气混合氢气形成爆炸前提,就说爆炸本身。

如果某种爆炸能推动地球改向,那该爆炸的冲击波将会摧毁地表和浅地下的所有人类设施(包括地表五公里之下的地下城)甚至自然山川,乃至把地球挤压变形才对,而不仅仅是温柔的改向。

但是,还是要说一下电影对白“引爆木星需要在七万公里之外点火,而洲际导弹打不到,需要人工点燃”中的技术错误。

七万公里大约是地球和月球距离的五分之一,今天的常规火箭技术就能支撑导弹打过去,要不人类怎么去月球?

有科技常识的朋友们都知道,推动洲际导弹飞七万公里的技术难度是铁定远远小于电影中的其它硬技术,例如太空城、地下城、等离子发动机等等。另外,木星大气层气候本来就是极端恶劣,最不缺乏云层雷电,大不必再向地球人“哥们儿,借个火”。

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图注:有浓郁的“程序猿”气质的技术员李一一点火。

E. 工程(Engineering)

啥是行星发动机?

在电影中,太阳内核急速老化,不断膨胀,地球将被吞没。为了生存,人类倾尽所有,建造了一万做驱使地球前行的行星发动机。一万座行星发动机全功率开启,驱使整个地球离开太阳系,踏上流浪之旅。

按照电影的设定,整个行星发动机建设工程持续了27年,到2060年最后一座行星发动机竣工为止,总共进行了18个批次的建设。

行星发动机分为了两类:推进发动机和转向发动机,前者负责为地球提供前进的动力,后者负责控制地球前进的方向。

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发动机利用真空岩石重聚变技术作为动力源,具体来说就是利用岩石中的硅元素进行核聚变反应,获得高能高压的等离子流,从而释放出巨大能量,推动地球飞出太阳系。

所谓重元素聚变并非空想,在宇宙深处有不少恒星“巨无霸”,内部就在进行着重元素聚变。

A. 人文艺术(Art)

电影中的人性,

是唤起情感的种子。

在灾难向的电影中通常会产生两种极端,它们分别在人性的挖掘中,对善与恶有各自的表达。

求生的本能会引发人性中最纯粹的自我意识,这种意识在文明社会中通常被定义为“恶念”:为自己的生命不惜于伤害他人,这一类型的影片会显得较为黑色,又偏向于现实主义。 

而《流浪地球》,显然是另一种极端:剥离了兽性,转而表达了人性中最纯粹“善意”,即使是在影片悲壮的语境下,影片的总基调仍然会流露出一丝乐观与浪漫。

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“流浪地球计划”,本身就是一个极为浪漫的大胆幻想,人类在历史进程中实现了对星辰大海的征服,正如莎士比亚所言,人类是宇宙的精华,是万物的灵长,前有15世纪到17世纪的大航海时代,后有1980年的星球大战计划。 

在影片中充盈着强烈的人文情怀,凸显了对人类这一群体的自我肯定,用一种极富浪漫主义的人文情怀书写了人类的坚韧意志,正如影片所言:希望是璀璨的钻石。

M. 数学(Mathematics)

流浪,并非说走就走的旅行!

《流浪地球》中最惊天地泣鬼神的想象是,利用成千上万个行星发动机,帮助地球离开太阳系。这就得说说让地球离开太阳系需要多少能量了。

地球绕太阳运行,离开太阳系,要能够摆脱太阳的引力势能束缚,所需能量可以计算得到,大概是2.65×1033焦耳”而当前人类生产的能源,可以拿全球发电量来估计。

而据统计,2017年全球总发电量大概是25571 TWh,大约合9.21×1019焦耳。

也就是说,如果把现阶段全球所有的发电量都用来推动地球离开太阳,需要连续工作2.88×1013年,即近29万亿年。而宇宙年龄大概是130亿年......

总之,带着地球去流浪,可不是说走就走的旅行。如果行星发动机要承担这一任务,那得无比厉害才行。

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流浪地球,背负着35亿人的希望,已经上升到整个人类的生存层面了,用来进行学科融合性的STEAM综合教育,是再好不过的,赶紧带孩子去看看吧!

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