科学家回信｜李治林：流浪地球计划靠不靠谱？

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编者按：日前，"学习强国"学习平台与中国科学报社联合发起“科学家回信"活动，邀请广大读者向自己心中向往尊敬的科学家、科技工作者提问、留言。活动启动后，"学习强国”“科学网App”收到了读者的踊跃留言。我们精选了读者黄萍的提问，请中国科学院物理所副研究员、博士生导师李治林发出第十三期回信。

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读者黄萍：最近很火的电影《流浪地球》，有个关键情节我不太明白，正因为地球恰好处于宜居带，才有了包括大气层、温度等生命赖以存续的根本条件，离开宜居带，哪怕是只到达木星轨道，所有保障生命的因素都将消失，恶劣的宇宙环境会让一切生命消亡殆尽，请问电影的情节是否合理？ 

李治林：感谢网友的提问！科幻充满艺术想象，但其核心是科学的。生命的存在需要许多苛刻的条件，故而在宇宙空间中极为罕见，地球因此而更显珍贵。假设地球大幅偏离目前的轨道，远离太阳，哪怕只是到木星附近，将会发生哪些事情呢？

首先，太阳是地球的主要能量来源。太阳上的核聚变释放出大量的能量，其中一部分以光的形式来到地球附近。目前，在地球表面，太阳直射时的功率约每平米1380瓦。太阳光可以加热空气，空气受热膨胀产生浮力，形成对流；空气受热不均，各处压强不等，产生风；水受热蒸发，变成水蒸气，在空间上传输，受冷后形成云雾、雨雪等。地球与太阳距离的轻微变化，都足以产生明显的气候异常，导致极端天气频发。

目前地球与太阳距离适中，太远或者太近都会造成生命的消亡。若地球距太阳过于遥远，会因光照不足，气温下降，大量生物死于严寒。当然，按剧情设定，太阳老年后变成红巨星，体积膨胀，甚至可能吞没地球，生命也会直接葬身火海。几十上百摄氏度的变化对宇宙而言微不足道，但对地球生命而言，是致命的。0℃和100℃是两个关键的温度。温度低于0℃，水会大量结冰，而冰的密度小于水的密度，海洋将被浮冰覆盖，海洋生物受到威胁。温度高于100℃，水会大量蒸发，江河湖海沸腾乃至消失，森林发生自燃、大火不断，最终地球干涸，生命枯萎。在目前常见的生命形式中，蛋白质扮演着关键的角色，往往仅需几十摄氏度，蛋白质即可受热变性，并且失去活性，俗称“熟了”。即使是简单、低等的生命形式，也离不开有机物的反应和连接，其中，物质间的氢键起到关键作用，而氢键能量较低，受几十摄氏度的影响是非常明显的。

此外，地球上多数生命赖以生存的氧气，也会因此匮乏。海底的藻类、陆地的植物，都可以进行光合作用，吸收二氧化碳，产生氧气。长期光照不足，以及温度影响，都会导致植物的光合作用受到影响，地球将进入缺氧时代。

而当地球向木星逐渐靠近时，还会有一系列可怕的事情发生。在火星和木星的轨道之间，存在小行星带，大量的小行星将有可能与地球碰撞，在地表引起诸多灾难，比如，地震海啸、火山爆发，尘埃飘荡、遮光蔽日。木星质量大、引力大，可能将地球附近的空气抢夺过去，导致地球空气稀薄，生物缺氧死亡。即使是厌氧的生物，也会因失去空气的庇护，被强烈直射的太阳光和各种高能宇宙射线辐射致死。被抢去的氧气和氮气还可能与木星上的氢气发生化学反应，引起燃烧爆炸。当地球不幸与木星靠得太近，进入洛希极限范围，木星引力大于地球内部引力，地球还会被撕成碎片……