3月20日，科幻大片《挽救計劃》重磅上映！這部改編自同名小說的硬核佳作，將星際航行、宇宙定位、天體物理等專業(yè)航天天文知識，巧妙融入進了跌宕起伏的跨星系拯救劇情，把浩瀚宇宙中的科學奧秘生動地搬上大銀幕。接下來，筆者將深度拆解這部硬核科幻大片背后的科學骨架，帶大家沉浸式領(lǐng)略《挽救計劃》里的科學浪漫與宇宙魅力！

▲ 亞德里安星球艷麗的大氣層

星際航行有啥門道？

貫穿整部電影的核心元素，是一種名為噬星體的微小生物。噬星體能夠承受高溫并吸收恒星的能量，大量繁殖的噬星體還會讓太陽的亮度略微降低，這威脅到了地球生命的生存，人類不得不發(fā)射飛船，去尋找拯救地球的方法。為了讓飛船航行到12光年外的恒星天倉五，人類最終將噬星體本身選作星際航行的推進能源。

噬星體能將自身的大多數(shù)質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，這意味著它實現(xiàn)了理想狀態(tài)下的質(zhì)能轉(zhuǎn)換，只需很少量的噬星體便可以釋放出極其可觀的能量。

這種極高的能量利用率解釋了為什么電影中僅需2000噸噬星體燃料，就足夠支撐起這個孤注一擲的“挽救計劃”，讓主角坐上有去無回的飛船，飛到12光年外的天倉五恒星系，用自己的生命來尋找人類延續(xù)的希望。

或許有人會質(zhì)疑：電影中的“單程票”橋段是不是在強行制造劇情沖突？多準備一些燃料，讓主角能夠回到地球豈不皆大歡喜？——事實上，即便擁有這種只有科幻作品里才有的神級能源，航天工程依然無法擺脫齊奧爾科夫斯基火箭方程的鐵律。

在星際航行中，如果想讓飛船重新啟動返回地球，你不僅要攜帶回程燃料，還要額外攜帶“用于搬運這些回程燃料”的燃料。

這種燃料負荷的增加是呈指數(shù)級增長的，支持往返的噬星體燃料可能需要再多出很多個數(shù)量級，飛船有限的載荷不可能裝得下，培育這些噬星體的時間和能量也遠遠不夠。因此，主角格雷斯出發(fā)前往天倉五的任務，注定是悲壯而充滿遺憾的。

主角出發(fā)以后，僅用4年時間就到達了12光年之外的天倉五。這并不是電影的科學漏洞，也不是主角實現(xiàn)了超光速的科技。當航行速度接近光速時，經(jīng)典力學開始向相對論力學讓位，根據(jù)狹義相對論中的尺縮效應，當飛船以極高速度運動時，從飛船參考系觀察，預定的航行距離會發(fā)生顯著收縮。

對格雷斯而言，原本漫長的12光年被壓縮到了4年的體感航行時間。這并非時間變快了，對于地球參考系來說，飛船仍需要超過12年才能到達目的地。

此外，影片對飛船重力的處理堪稱當代硬核科幻的教科書。飛船內(nèi)部重力主要有兩個來源，首先是引擎啟動后的持續(xù)加速度。飛船前往天倉五的過程是一個經(jīng)典的先加速后減速的過程，這種持續(xù)的推力為主角提供了穩(wěn)定的重力感。當飛船減速完成，到達目的地時，引擎停止工作，主角隨即進入了失重狀態(tài)。

解決失重問題的另一種方式則是通過艙體的旋轉(zhuǎn)來模擬重力。這種設計能夠有效緩解長期失重帶來的肌肉萎縮和骨質(zhì)流失，也是現(xiàn)實中人類構(gòu)思長距離載人航天時主流的技術(shù)路徑。

▲ 影片中男主正在進行出艙任務

天文奇觀藏何奧妙？

在茫茫星海中，如何定位自己并向另一個文明傳達坐標？電影選擇了脈沖星導航。脈沖星作為高速旋轉(zhuǎn)的中子星，其輻射束像燈塔一樣掃過宇宙，具有極高的周期穩(wěn)定性和可識別性。主角格雷斯與外星生物洛基交流坐標時，利用脈沖星作為參照物，這在現(xiàn)實中是完全可行且極具前瞻性的。

早在“旅行者一號”攜帶的金唱片上，人類就用脈沖星定位法標注了地球的位置。這種定位精度不隨距離增加而衰減，可以說脈沖星是當之無愧的宇宙燈塔，它將空曠死寂的宇宙連綴成了一張有跡可循的坐標網(wǎng)。

宇宙的空曠感在影片中也可見一斑。你知道在太陽周圍約16光年的半徑內(nèi)，一共有幾顆恒星嗎？答案是僅僅數(shù)十顆。

電影選取的天倉五和天苑四不僅是各大科幻作品的?？?，在現(xiàn)實天文觀測中也擁有特殊地位。搜尋地外文明計劃（SETI）最初選定的觀測恒星就是這兩顆。電影中這兩個恒星系統(tǒng)都孕育了各自的生命，也算是對天文史的一種致敬。

影片的視覺呈現(xiàn)中，最令人震撼的莫過于佩特洛娃線、噬星體光芒帶、亞德里安星球艷麗的大氣層等天文奇觀。這實際上涉及恒星物理與多光譜觀測的結(jié)合。在天文學中，我們通過分析恒星發(fā)射的光譜來推斷其物質(zhì)構(gòu)成、表面溫度等特征。佩特洛娃線被設定為一種特定波長的紅外輻射異常。

實際上，在可見光之外，宇宙中隱藏著更多的秘密?，F(xiàn)實中詹姆斯·韋布空間望遠鏡這樣的紅外波段探測利器，正是為了捕捉這類微弱的、被塵埃遮蔽或發(fā)生紅移的信號。通過不同的頻段去觀測宇宙，科學家能夠看到“創(chuàng)生之柱”內(nèi)部不同元素發(fā)出的光，也能像格雷斯一樣通過紅外光分析找到拯救地球的鑰匙。

此外，影片中亞德里安星球大氣層的色彩展示了行星大氣的散射物理學。不同于地球大氣的瑞利散射產(chǎn)生的蔚藍，亞德里安星球因為大氣厚度和化學成分的不同，呈現(xiàn)出一種詭譎而瑰麗的色調(diào)。

宇宙之美并不需要過多的藝術(shù)加工，而是源于各種物理參數(shù)的變幻組合。這些景觀背后體現(xiàn)的是自然規(guī)律的統(tǒng)一性與多樣性。

《挽救計劃》之所以能成為一部經(jīng)典的硬核科幻作品，不僅在于其扎實的科學設定，更在于它為冰冷的宇宙探索注入了滾燙的人文溫度，它打破了科幻作品中常見的、充斥社會達爾文主義色彩的冰冷生存法則。

不管是人類在面對毀滅性危機時展現(xiàn)出的協(xié)作精神，還是格雷斯與洛基這兩個完全不同維度的生命之間近乎純粹的友誼與奉獻，在地緣沖突四起、全球化面臨挑戰(zhàn)的當今世界，都讓人看到了一抹理性而溫暖的光芒。

來源/中國航天報、《飛天科普周刊》

文/林胤之

編輯/楊斯爽

審核/宿愿

監(jiān)制/姜軍

本文轉(zhuǎn)載自公眾微信號：中國航天科普

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