中科院专家张双南:在《流浪地球》中点燃木星,我还有更好的办法

中科院专家张双南:在《流浪地球》中点燃木星,我还有更好的办法

终于看了《流浪地球》!

1月27号在中国科技馆的点映我也收到了邀请,可惜那天是我们实验室的年度战略研讨会议,然后就等到了2月8号才终于如愿以偿。

中科院专家张双南:在《流浪地球》中点燃木星,我还有更好的办法

中间有多位朋友催我去看,我估计都是想等我吐槽。为了不被剧透,前面朋友圈里面的有关文章我都没有敢点开,其中也包括“北斗女神”徐颖和两位天文学家同行苟利军(《流浪地球》讲了啥?这是我看过最好的回答)、刘博洋的文章。

我前天陪外孙看了《熊出没》,尽管旁边不断响起小朋友的欢呼声,我还是睡着了几次。然而看《流浪地球》我全程融入剧情,虽然没有像朋友圈里面的女孩子们那样感动的流泪,眼眶可能也是湿了。

中科院专家张双南:在《流浪地球》中点燃木星,我还有更好的办法

好吧,现在切入主题,谈谈看完电影并没有太仔细琢磨的几点感受。

首先是赞扬,好过瘾!

(1)向刘慈欣先生致敬:“带着地球奔向希望”和“点燃木星”是两个绝对绝对天才的想法,这是世界级的“科幻”想象力,好过瘾!

(2)在美国大片里面美国人天天拯救世界,这次终于轮到中国人拯救人类和地球了,好过瘾!

(3)吴京的表演依然能打,虽然有点脸谱化,但这就是我心目中中国军人和航天人该有的正气,好过瘾!

(4)从地下出来后地面的场景以及地球和木星通过气体连在一起的画面都非常震撼,好过瘾!

中科院专家张双南:在《流浪地球》中点燃木星,我还有更好的办法

然后是几个吐槽。我在这里不特别关注“科技”的细节,因为我猜想大部分观众也不会关注,这些细节的个别漏洞也不影响观感,但是如果在形成剧本和拍摄过程中再有些有科学和技术顾问的把关,把这些漏洞补充起来,同时不影响剧情和表现力,也许会更加精彩。

大的方面我觉得有几个方面可能存在问题:

(1)我觉得没有必要让地球停止自转(实际上也不可能做到,因为需要的总能量实在是太大了)。一方面自转并不影响那些推动地球的发动机的运行,比如让地球的北极方向指向运动方向,把推进发动机都放到南半球就行了,而且自转的地球在星际旅行的过程中更加稳定、更好控制方向(飞行的子弹都是高速旋转的,自转的飞行器姿态更加稳定也更好控制)。

中科院专家张双南:在《流浪地球》中点燃木星,我还有更好的办法

(2)“点燃木星”还有比电影里面的方法更“科学”和更“技术”的做法。其实刘培强开着空间站自己冲过去基本上不可行,因为太慢了;而地球上的发动机的火焰也根本不可能冲到木星的大气,因为冲的过程中就完全冷却掉了。一个办法是利用洲际导弹。电影里面说了洲际导弹“射程”不够,这其实是误解,因为“射程”指的是在地球上,只有地球引力而且冲出地球大气层再入大气层最后在大气中高速飞行的情况。但是电影里面木星的引力已经主导了地球大气层,所以引力的方向是指向木星的,洲际导弹出了地球本来就已经比较稀薄的大气层就会轻而易举地受木星的引力控制飞向木星点燃木星,当然得事先计算好轨道和着陆点。

另外一个办法是利用高功率激光武器直接点燃木星。电影里面都有了重核聚变技术,而强激光点火应该是重核聚变必须的手段,所以这样的激光技术在那时一定很成熟了。而且洲际导弹和高功率激光武器都是地球在冲出太阳系的过程中非常需要的防御性武器,用来对付旅途中可能遇到的会撞击地球的小行星。太阳系外围的库伊伯小行星带里面的小行星非常多,而且它们的轨道难以预期,需要利用洲际导弹和高功率激光武器摧毁要撞到地球的小行星,或者改变它们的轨道。

电影里让刘培强带着燃料冲向火星,固然表现了中国航天人牺牲自己拯救世界的精神,但是肯定有别的办法在不伤害科学性的同时让刘培强活着。如果考虑到戏剧性,可以让他在拯救世界后消失,留下一个伏笔,地球遇到了更大的危机的时候又科学而神奇地出现,再次拯救地球并且和亲人团圆,流浪地球(2)又可以继续拍了。——这是我喜欢的既“硬核”科学又英雄不死的表现方法(其实现在的版本也还可以抢救回来拍续集,毕竟刘培强牺牲的实锤镜头并没有出现)。

中科院专家张双南:在《流浪地球》中点燃木星,我还有更好的办法

(3)电影里面没有交代空间站在太空旅行的过程中是如何导航的。目前的空间飞行器,尤其是深空旅行的飞行器要依赖地面的设施测量它们的位置进行导航,当然也需要加上惯性制导和携带的照相机提供光学天文导航(就是根据拍摄的星空照片确定自己的相对位置)。很显然,电影里面的空间站不能再依靠地面的导航,惯性制导和光学天文导航都有相当的局限,那么如何实现在深空甚至出了太阳系之后的星际导航?目前看来,虽然利用宇宙的自然灯塔——脉冲星导航对地球上的人平时没啥用(而且现在也远远没有达到实用的阶段,有非常多的科学和技术问题有待解决),但是对于深空星际旅行,脉冲星导航是既科学又“硬核”科幻的做法(关于脉冲星导航的科学和技术可行性,可以看这篇文章脉冲星导航实验卫星, 这是用纳税人多少个亿搭建起来的“虚构幻景”?,以及中科院高能物理研究所的团队实现了中国首次脉冲星导航空间实验验证的报道),如果电影里面这么做就会非常有意思了,而且在科幻方面就更加“硬核”,有可能促进未来脉冲星导航技术的发展,体现科幻对未来科技的引领作用。

中科院专家张双南:在《流浪地球》中点燃木星,我还有更好的办法

理论上,利用三颗以上脉冲星,就可能进行深空星际旅行的导航。

最后,我觉得电影的情感和艺术表现力与《星际穿越》比起来还是有一些欠缺。说实话,我不喜欢里面的黑社会情形,应该可以用亲情营造更能打动人的故事和戏剧冲突。这其实是我整体上不喜欢读大刘的大部分作品的原因,我不喜欢里面的“悲剧”和“暗黑”元素,读不下去,我也当着大刘的面表达过我的这个感受。

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当然这是大刘讲故事的一种方式,虽然我不喜欢这种故事情节,但是不影响我对大刘天才的想象力和科技知识的深度和广度的敬佩。毫无疑问刘慈欣是中国科幻第一人和世界级的科幻作家!

中科院专家张双南:在《流浪地球》中点燃木星,我还有更好的办法

再一次向刘慈欣先生致敬并祝贺中国的科幻电影迈出了坚实的一步,未来可期!

作者名片

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【读特新闻+】

《流浪地球》电影中的科与幻

春节期间上映的电影《流浪地球》以“硬科幻”的特点收获大量好评。“硬科幻”,即具有严谨科学底蕴、基于科学原理的科幻作品。那么,这部电影中哪些说法具有较强的科学基础,哪些说法现在还只是幻想?

引力弹弓效应

依照影片中描述的“流浪地球”计划,人类给地球安装上万座巨大的重元素聚变发动机,它们被称作行星发动机,推动地球逃离年迈的太阳,飞往最近的恒星——比邻星。

但地球是个庞然大物,平均半径6371公里,质量超过59万亿亿吨。要让它飞往比邻星,需要脱离太阳引力,只靠人造的发动机还不够,于是电影里让它借助木星的“引力弹弓”。

木星体积大约是地球的1300倍,当地球靠近木星时,会被其强大的引力吸引,从而加快行进速度。由于木星也在绕太阳公转,在天体的互相影响中,最后地球会被木星像抛球一般抛出去,从而达到脱离太阳系所需速度。这就是引力弹弓效应。

引力弹弓效应不是新发现,苏联在1959年发射的“月球3号”探测器就利用了引力弹弓效应。在精确计算后利用天体的引力弹弓效应,可以在不消耗航天器本身能量的情况下,改变航天器的速度和前进方向,帮助航天器抵达目标。

在人类的航天征程中,引力弹弓效应的应用已十分广泛。首个进入星际空间的人类探测器“旅行者1号”在飞离太阳系前,就曾多次借助引力弹弓效应;“帕克”太阳探测器也曾7次借助金星的“引力弹弓”而逐渐逼近太阳,最终成为史上最靠近太阳的航天器。

洛希极限

影片中,地球由于接近洛希极限,导致行星发动机发生故障,地球即将解体坠入木星,人类面临灭顶之灾。

这里提到的洛希极限是指天文学中一个特殊的距离,如果一个天体与另一个天体离得太近,以至于后者的潮汐力可以将前者撕碎,这个距离就被称作洛希极限。这个距离极限值是由法国天文学家洛希首先计算出的,因此称为洛希极限。

地球与木星之间的洛希极限是科学上可计算的,但让地球靠近木星到如此近的程度,还只能算是幻想。那电影中为什么要靠这么近呢?

依照电影中的计划,人类原本想要利用木星的“引力弹弓效应”,如果离得太远的话,就不能“借”到足够的力,达不到冲出太阳系的速度。太近不行,太远也不行,这个问题需要科学家精确的计算,也给了影视作品发挥的空间。

重元素聚变发动机

科幻小说中,经常会提到解决能源问题的终极手段——聚变。在电影《流浪地球》中,为了推动地球离开太阳系,人类在地球上建造了上万座高耸入云的重元素聚变发动机,单个发动机通过重元素聚变能够产生150万亿吨的推力。

目前人类已经实现的聚变是氢弹,它利用氢同位素聚变释放出能量,有巨大的威力。但氢弹的能量是爆炸式释放,目前人类还不能实现可控核聚变,即让聚变产生的能量平稳输出,一些相关装置还处于实验阶段。

电影中,行星发动机的燃料不是氢,而是石头。这不是说把石头烧成石灰,而是石头中的重元素发生聚变,从而释放出巨大的能量,推动地球飞出太阳系。

这当然只是电影的想象。不过,所谓重元素聚变并不是空想。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。

在未来,人类如果能够掌握从重元素聚变中稳定获取能量的技术,或许真能够彻底解决能源问题。

编辑 李怡天

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