《三體》,、《流浪地球2》等科幻大作輪番轟炸,，想來不少盆友的物理DNA最近都活躍了起來,。

MIT物理博士張朝陽,，就再次上演手推公式大法,，在線下物理課上硬核科普起了電影里的真實物理知識,。

這滿滿一面黑板墻的公式板書,，就是他連續(xù)推導(dǎo)了一個小時的成果，還只是為引出能讓地球飛出太陽系的“引力彈弓”所做的鋪墊,。

講到興奮處，這位搜狐CEO更是當(dāng)場大物老師附體,，表示：

咱講它個3個小時,！

有意思的是,，盡管這次講的“行星的軌道方程及引力彈弓”知識點很硬核,，涉及到大學(xué)本科乃至研究生知識,，張朝陽還是想到了一種更易理解的講解方式：

沒有直接求解矢量微分方程，而是用中學(xué)物理中提到的角動量守恒定律和能量守恒定律,，簡化了整個求解過程,。

可以說是新手友好了。

真實世界里的引力彈弓

具體來看看張老師這回又講了些什么,。

看過《流浪地球》系列小說和電影的小伙伴們都知道，要想讓地球飛出太陽系“流浪”,，利用木星給地球做引力彈弓加速,，是計劃中不可或缺的一環(huán)。

而張朝陽這堂《流浪地球2》物理計算課,，核心就是用2個小時的公式推導(dǎo),，講明白了啥是引力彈弓，它又是如何把飛向木星的天體“彈射”出去的,。

雖說地球飛向木星只是一個科幻情節(jié),，但引力彈弓加速這事兒，其實早在1977年人類就已經(jīng)實現(xiàn)過——

美國在1977年發(fā)射的旅行者1號,，就在經(jīng)過木星和土星引力加速之后,，成功達到第三宇宙速度，成為第一個飛離太陽系的人造飛行器,。

△圖源：NASA

張朝陽的計算，就圍繞這一真實案例展開,。

引力彈弓之所以被稱之為“彈弓”,，是因為旅行者號這樣的飛行器“路過”木星時，在木星參考系中會沿一條雙曲線軌道改變航向,。

看下面這張圖,，是不是有彈弓內(nèi)味兒了？

問題在于,，能量守恒定律會給人一種錯覺，旅行者號飛向木星的入射速度,，跟飛離木星的出射速度,，大小應(yīng)該是相等的。

那么,，引力彈弓究竟是怎么給飛行器加上速的,？

關(guān)鍵點是木星本身的速度。

先以太陽為參考系,，將旅行者號的入射速度設(shè)為v1,，出射速度設(shè)為v2,，將木星自身速度設(shè)為vp。

再將視角轉(zhuǎn)向木星參考系,。因為質(zhì)量差距非常大,，接觸時間又很短，旅行者號相對于木星的速度,，可以近似為：

而根據(jù)能量守恒定律，|v1’|=|v2’|,?；谝陨蠗l件，我們可以得到一個這樣的式子：

從下面這張示意圖中可以清楚地看出,，v1’和v2’是一對大小相等，方向分別平行于兩條雙曲線軌道漸近線的矢量,。

也就是說,，（v1’-v2’）的方向正是雙曲線對稱軸上，從頂點指向焦點的方向,。

這樣一來，如果這個方向與行星速度矢量vp所形成的夾角δ為銳角,，我們就可以推導(dǎo)出：

代回到上一個等式中，就可以清楚地看到(v2)^2>(v1)^2,。旅行者號就這樣完成了加速過程,。

在這個過程中,，最終給旅行者號提供加速的是木星的機械能,。不過因為飛行器和行星兩者之間質(zhì)量差距非常大，行星被提取出的能量可以忽略不計,。

而提速效率,，則取決于出射、入射速度矢量之差,，與木星速度矢量之積（銳角）,。

這時候可能你也發(fā)現(xiàn)了,，那如果δ為鈍角,，木星豈不是反過來會使旅行者號減速？

Bingo,！張朝陽就解釋了,，旅行者號可不是亂發(fā)射的——

這一太空探測任務(wù)正好碰上了176年一遇的行星幾何排列,，因此旅行者號只需要用少量燃料進行航道修正，就可以借助木星,、土星等行星實現(xiàn)引力加速,。

值得一提的是,，不管是δ還是v1,、v2，結(jié)合實際數(shù)據(jù),，你都可以在張朝陽這堂課所分享的內(nèi)容基礎(chǔ)上準(zhǔn)確計算出其數(shù)值,。

旅行者1號的入射速度v1大小約為13.2km/s，出射速度v2的大小則約等于23.6km/s,。感興趣的話可以親手算起來了~

（計算結(jié)果可能略大于實際值，上述計算忽略了克服太陽引力的損失等因素,。）

“物理的魅力擋不住”

其實,，這早已經(jīng)不是張朝陽的第一堂物理課。

作為清華大學(xué)校友,、MIT物理學(xué)博士,，從2021年11月開始，這位搜狐CEO每逢周五周日,，就化身物理科普博主,，在自己的老本行上大展專業(yè)所長。

單是線下課程,，就已經(jīng)上了14期,，線上直播更是已經(jīng)上百期。內(nèi)容涉及力學(xué),、熱學(xué),、電磁學(xué)、流體力學(xué)乃至狹義相對論,、量子力學(xué)等,。

盡管張朝陽自己總說“物理的盡頭就是數(shù)學(xué)”，科普起來幾乎都是狂推公式的硬核畫風(fēng),，但仍有吸引了不少非專業(yè)觀眾前往追更：

這些科普內(nèi)容通常和日常生活中的一些普遍現(xiàn)象、熱點話題相關(guān),，足夠“燒腦”,，卻也讓很多觀眾覺得，讓有意思的知識點更有“畫面感”了,。

比如在《流浪地球2》上映之初,，張朝陽就在直播中劇透了“月球墜落危機”中洛希極限的知識點。并結(jié)合實際計算,，科普了為什么在計算地月間的洛希極限時,，要將月球視作流體而非剛體。

他還和網(wǎng)友們一起“八卦”過“七星連珠”的罕見星象,，從物理學(xué)的角度解釋說，連成一條直線的七顆行星距離地球太遙遠,，對地球產(chǎn)生的潮汐力遠遠弱于太陽和月亮產(chǎn)生的影響,，并不會引發(fā)災(zāi)害。

甚至在張朝陽的物理課上,，網(wǎng)友們還捕獲到了新的科幻點子（手動狗頭）,。

就在這堂線下課上，張朝陽就給《流浪地球3》提了一個新思路：針對太陽系的拉格朗日點做文章,。

張朝陽解釋說,，太陽系最大的拉格朗日點，是木星跟太陽形成的拉格朗日點,。這一拉格朗日點可以說是“宇宙停車場”,，會讓從外邊飛來的天體停留在其中，從而保護了太陽系里的行星,。

總之,，這種“生活中的物理+硬核計算”的組合，經(jīng)常讓網(wǎng)友感慨：

物理的魅力實在擋不住,。

科普開卷，觀眾受益

論起去年最火熱的科普IP,，《張朝陽的物理課》占據(jù)一個席位,，但卻絕非唯一。

實際上,，搜狐CEO“科普博主”新身份受到關(guān)注的背后,，一種新的科普內(nèi)容流行趨勢正在蔓延：

越來越多的專業(yè)人士正在加入科普賽道,，把更為硬核的知識內(nèi)容,，以低門檻的方式輸出給大眾。

比如今年拿到B站百大up主的芳斯塔芙&鬼谷藏龍,，夫妻二人一個是中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心博士,，一個是曾在學(xué)術(shù)期刊做科學(xué)傳播工作。憑借過硬的專業(yè)功底,，他們的既硬核又有趣的生物視頻屢獲百萬播放,。

連86歲的中科院院士也參與其中。中科院院士,、同濟大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院教授汪品先的科普內(nèi)容,，同樣受到了網(wǎng)友們的熱烈追捧。

具體到張朝陽這個例子上,，加入到科普“卷王”的行列中，或許還可以說是一種三贏,。

對于觀眾而言,，高質(zhì)量的科普內(nèi)容，使得硬核知識從高等學(xué)府的課堂中走出,，成為了觸手可及的知識養(yǎng)分,。

如此科普盛宴帶來的價值，在如今科幻大作的流行之中,，也得到了一種側(cè)面的印證：屬于嚴謹科學(xué)的詩意,，屬于星辰大海的浪漫，正在從象牙塔走向大眾,。

而對于搜狐而言,，張朝陽物理課和搜狐視頻打造“知識直播平臺”帶來的熱度，無疑是給這家老牌互聯(lián)網(wǎng)公司點燃了一把新火,。

“拋磚引玉”之下,，搜狐視頻如今吸引到了不少科學(xué)領(lǐng)域頭部博主入駐、開講,。

比如“歷史其實很有趣”科學(xué)公開課中,，就有南京大學(xué)西方文學(xué)碩士、《中國國寶大會》四強選手,、國學(xué)博主魯韋彤分享“跟老祖宗學(xué)‘浪漫告白’”,；北京大學(xué)學(xué)士、中國傳媒大學(xué)博士大錘說史介紹“沒暖氣沒秋褲,，古人怎樣過冬?”……

至于對張朝陽自己嘛……

參考鏈接：

[1]https://tv.sohu.com/v/dXMvMTgyODUvNDE3NjQ2NzM3LnNodG1s.html

[2]https://www.sohu.com/a/635215518_115565

文章出處：量子位