最近一段时间，国产首部硬科幻巨作《流浪地球》可谓是出尽了风头，尤其是在大规模点映之后，给予好评的观影者也是比比皆是，真是未映先火。
《流浪地球》海报
抛开电影的好坏不谈，刘慈欣的《流浪地球》原著可是一本非常值得品鉴的作品，大家如果没看过的话，有时间可以好好补一补。《流浪地球》主要讲述了一个面临世界末日的人类，选择逃离太阳系的故事，小说一共分为四个章节，影片主要讲述的是前两章的内容，具体我也就不做剧透，大家可以自行去了解。不过相信看了电影预告影片后，初次接触这个题材的同学们，可能会有“既然是要跑，那为什么非要让路线那么靠近木星”这样的疑问，因为在预告片里，剧情最大的推动就体现在地球即将撞击木星这一点上。
《流浪地球》中推动地球的引擎
就像标题所说的一样，这里涉及到一个宇宙航行的理论。人类航天发展至今，自重最大的运载火箭非NASA的土星5号莫属了，它的起飞重量高达3038.5吨，总推力达3408吨。但是在飞出大气层后的月球轨道运载能力，就只剩下了45吨，如此悬殊的对比说明通过地面建造载具，再频繁往复的发射、降落将是对能源的极大浪费，同时，单纯依赖自身的燃料能源，对于当下的人类文明而言，宇宙的远距离航行还是非常遥不可及的。
风帆是人类跨入航海时代的关键
如果把宇宙空间比喻成大海，那人类现在所处的阶段，就好比是坐着一支独木舟，依靠人力和船桨，好不容易到达了目力所及的一座海岛一般。如果想要在海上远航，那就一定需要借助自然的力量——风。那如果是在宇宙里远航的话，我们能够借助的是什么呢？而在宇宙空间之中，像大海里的风一样无处不在的是什么呢？那一定就是引力了。
引力作为宇宙中的基本力之一，它无处不在，甚至时间与空间都会因它而扭曲，它就是宇宙这片汪洋大海里的风。而“引力弹弓”效应，就是当前已验证的理论下，人类对引力所做的最有效的利用。
引力是宇宙中的四大基本力之一
其实“引力弹弓”这个词很多人并不陌生，因为近两年的科幻大片中例如《火星救援》、《星际穿越》都有多次提及。我们还是拿木星为例，一个天体在围绕木星旋转，它的椭圆轨道必然存在一个近点和一个远点，根据质量守恒定律，天体由远点向近点运动的过程中，他的势能在减少，动能在增大，这是一个加速的过程，而“引力弹弓”效应利用的就是这一点，人造天体通过轨道修正，利用行星的引力加速。那有的同学可能就会说了，既然是能量守恒的，那它进入的速度和飞出的速度应该是不变的，怎么可能会加速呢？而且在修正轨道的同时，是需要消耗能量的，反而会造成降速才对。
“引力弹弓”效应图解
这里需要引入太阳这个参照物来帮助理解。木星通过引力在维持天体围绕它运行的同时，这个庞然大物也在依靠引力，以13.07km/s的高速，围绕着太阳公转，根据爱因斯坦著名的质能方程，有质量，有速度，那就有能量。
“引力弹弓”效应示意图
上面说到人造天体以一个较低的速度切入围绕木星的轨道进行动能与势能的转换，在这个过程中，以木星体系本身为参考的话，是完全符合能量守恒的，但是如果引入太阳这个参照物，这个过程就会是一个强有力的加速过程，就好像是石子被弹弓射出去一样，而加速所需要的能量，正是来源于木星质量与它的高速公转的速度所蕴含的巨大能量。
把图中的地球换成木星也是一样的道理
这就好比你跳上了一辆高速行驶的汽车，在不考虑受伤等因素的情况下，你跳上车的瞬间相对于行驶中的汽车而静止的你，已经获得了与汽车一样的速度，而当你再次跳下车的瞬间，这个速度还是保留下来的，而给你带来速度的能量就来源于汽车。这个就是“引力弹弓”效应能够给宇宙航行器有效加速的原理所在。
物理课本中关于参考系的内容
当然我说得可能也不是特别清晰，大家可以再去参考那个跳车的例子，上学的时候，大家肯定都接触过从车上扔瓶子这一类的物理题目，瓶子在离开车的瞬间，相对于车上的你是静止的，但相对于车外面的人而言，它是以与车相同的速度在运动的。
而“引力弹弓”效应其实已经有过实际的应用，旅行者系列飞船，就是依靠这一理论，通过精密的计算，利用太阳系内的各大行星进行加速，将飞出太阳风影响范围的时间大幅缩减了12年之多，理论上来说，如果利用黑洞进行加速的话，可以加速到无限接近于光速。
旅行者号飞船及其携带的黄金唱片
但是真正能够给我们带来革命性变革的航天技术注定是可控核聚变与无工质推进的结合，那时就好比我们人类掌握了汽轮铁甲船的航海时代，到那时，我们说不定可以傲然的宣称，太阳系内，皆是我人类的领域。而神乎其技的曲速引擎、超空间、虫洞技术，才是能够真正带领我们进入宇宙深空时代的关键。
曲速引擎想象图
都讲到这里了，大家应该都明白电影中地球为什么非要靠近木星了吧，没错，就是为了得到足够的逃逸速度！毕竟太阳就要“爆炸”了，仅仅依靠人类的发动机，速度是远远不够的。
