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飘锚地球,电影中的科与幻www.lo622.com

时间:2019-05-21 21:11来源:lo622.com
国产硬科幻大片《流浪地球》想必大部分人都已经看过了,影片中出现了很多烧脑的科学概念,让观众在短时间内根本无法理解真正的核心知识。今天小编带来了电影相关的科学解读,

国产硬科幻大片《流浪地球》想必大部分人都已经看过了,影片中出现了很多烧脑的科学概念,让观众在短时间内根本无法理解真正的核心知识。今天小编带来了电影相关的科学解读,敬请慢慢细读。

《流浪地球》电影中的科与幻

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从恒星的演化规律上来讲,太阳是会有熄火的那一天,不过是在遥远的50亿年之后。简单来讲,当太阳核心中的氢燃烧殆尽,生成的氦元素在引力的作用下坍缩,释放的能量进一步升高温度,点燃核心周围的氢壳层,然后太阳迅速膨胀,成为一颗红巨星。

科普:《流浪地球》电影中的科与幻

电影《流浪地球》火了!这部改编自“雨果奖”获得者刘慈欣同名小说的科幻影片在春节上映后,短短几天就获得了超高口碑,迅速呈现“刷屏”之势。

有理论认为,太阳演化生成的红巨星非常巨大,最远能够膨胀到地球轨道。这样,水星、金星和地球都会逐渐坠入太阳而毁灭。其实,早在太阳吞噬掉地球之前,地球上的海洋早已被膨胀的红巨星烤干,生命不复存在。

新华社北京2月9日电 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?

截至2月17日下午3点的统计数据显示,《流浪地球》累计票房已超过37亿元,成为今年春节档票房当之无愧的冠军,并升至中国电影票房总榜第二名,更被媒体评价为“开启了中国科幻电影的新纪元”。

我们可能听说过各种版本的“世界末日”,但太阳变成红巨星引起的“世界末日”肯定是必然会发生的!刘慈欣以太阳变红巨星这个知识点为基础,写出了著名的科幻小说《流浪地球》,讲述人类发现太阳要变成红巨星时,人类给地球安装万座巨大的核聚变发动机,推动地球逃离年迈的太阳,飞往最近的恒星——比邻星的过程。

引力弹弓效应

好电影的成功,离不开感人的故事、起伏的情节、饱满的人物。对《流浪地球》来说,这部影片的好口碑很大程度还源于其“硬科幻”特点,即科学、严谨的设定与底蕴。记者采访了电影的制作团队及相关专家,解码《流浪地球》中的科技元素。

烧脑的“氦闪”是什么现象?

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。

细致考据让科幻足够“硬”

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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”。

《流浪地球》讲述的故事,发生在太阳即将毁灭的假想未来。为了避免被不断膨胀的太阳吞噬,人类最后选择建造出巨大而众多的行星发动机,将地球推离太阳系,踏上寻找新恒星的流浪之旅。

氦闪是发生在质量介于0.5倍到2倍太阳质量的恒星演化末期。当核心处的氢燃烧殆尽,形成的氦堆积在核心处,氦不断积累自我压缩,密度增加到一定程度形成“简并态”,处于简并态的物质靠简并压支撑着自身重力,而非靠热压力支撑。核心处的氦的自我压缩,还会让温度升高,然而简并态物质有一个奇怪的特性:温度升高并不会导致其发生热膨胀,直到热压力再次超过简并压,而且简并态物质的热传导性非常好,当温度一路飙升至1亿度时,氦就受不了了,发生猛烈的热核燃烧,短短几分钟就把核心6%的氦元素变成碳元素。对于太阳质量的恒星来讲,氦闪释放的能量相当于太阳正常燃烧3000万年。

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。

人类“带”着地球一起去冒险,这样颠覆性的故事情节非常具有吸引力。正如《流浪地球》制片人龚格尔在接受记者采访时所说:“2015年,郭帆导演找到我,希望做‘流浪地球’这个项目,我特别兴奋,立马就同意了!”

然而,据计算,如此巨大的能量并不会对红巨星的外观造成什么可观测的影响,因为这种能量释放发生在恒星的深处,巨大的能量释放让热压力超过简并压,核心物质脱离简并态而膨胀,大部分能量都耗费在驱动核心物质膨胀当中,剩余的少部分能量被厚厚的外壳吸收。实际上,并不会发生电影中看到的剧烈景象。

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。

为了把小说搬上银幕,以“大刘粉”自居的龚格尔从此与郭帆一同奔走着。

质量小于0.5倍太阳的恒星没有足够的能力发生氦闪,而质量大于2倍太阳的恒星,发生的是稳定的、温柔的氦燃烧,无需发生氦闪。猎户座中大名鼎鼎的“参宿四”就是一颗质量是太阳10倍的红巨星,核心正在发生氦平稳燃烧变成碳的过程。对于恒星的演化而言,质量几乎决定一切,当然还要考虑其金属丰度。

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。

在原著中,让地球从原有轨道“飞”到4.2光年远的比邻星,是一场长达2500年、需要100代人才能完成的恢弘计划。它要经历使地球停止自转的刹车阶段、加速驶出太阳系的逃逸阶段、利用木星完成加速的先流浪阶段、继续加速再减速的后流浪阶段和泊入比邻星轨道的新太阳时代等5个阶段。

重元素聚变发动机

洛希极限

考虑到电影艺术表现形式,《流浪地球》电影进行大胆改编后,重点展示的是距今50年后地球靠近木星时产生的危机,属于先流浪阶段中短暂的场景。

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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。

“中国电影之前没有这样的工业产品,对我们来说,无论是创意层面还是技术层面都是巨大的挑战。”龚格尔说,为了对电影中出现的科学原理和基础设定进行把关,他们专门聘请了由物理学家和社会学家等专家组成的科学顾问团队,构建出一套自洽的世界观体系。

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。

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。

50年后的自然环境、人类社会应该是什么样子?在科学顾问团队指导下,电影制作团队专门编写了一本《〈流浪地球〉世界观概述》,囊括了政治、经济、文化等社会各方面的发展情况,甚至细致到学校的课程设置、影片中每个道具的由来。

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。

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?

“2034年,行星发动机研究成熟,由最具大型工程建造经验的中国政府主导建造;2039年,第一组行星发动机启动,联合国计划在30年内让地球停止转动……”在另一本制作团队编写的《1977—2075年百年编年史》中,100年内“流浪地球”世界里发生的大事被悉数列出。如此严谨的态度,让很多参演的演员惊呼“没想到”。

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。

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。

中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学天文学教授苟利军告诉记者,自己曾受邀去导演工作室观摩,并认真观看了该电影。“这部电影被定义为‘硬科幻’,涉及很多天文学知识。”苟利军介绍,比如故事的大背景里,太阳在燃烧完最中心的氢之后,因中心氦进一步发生聚核反应产生更多热量从而发生膨胀进入红巨星演化这一点就为很多人所熟知,完全符合我们的科学认知。

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。

重元素聚变发动机

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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。

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。

75%特效由中国团队完成

“引力弹弓”是怎么回事?

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。

除了影片故事本身,电影的幕后制作也成为一大关注点。看过《流浪地球》的观众,都对片中的“硬核”特效留下了深刻的印象。

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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。

巨大的空间站、精密的太空舱、别有洞天的地下城、铁甲洪流般的运载车……这样一部国产科幻电影,究竟是如何把“想象”变成“影像”的?

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。

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。

“可参考的内容非常少,一切都要从零开始。”对此,电影视觉特效总监丁燕来直呼“恐怖”:“剧本里好像没有什么是可以拍摄到的,也没有什么是可以直接用的。”

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”。

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。(参与记者:郭爽、周舟)

丁燕来告诉记者,要将科幻小说里的一句话变成画面,实现起来很难。为此,他们画了3000张概念设计图,这其中包括行星发动机、地下城、运载车等所有场景的细节构思,而且每一个场景都要制定详细的特效拍摄方案。

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。

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行星发动机是本片的重要元素之一。为了生存,人类倾尽所有,在亚洲与美洲建造了12000座推动地球前进的行星发动机,每一座都将为地球提供150万亿吨的推力。

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。

原著描述,行星发动机的直径达十几公里,高度比珠穆朗玛峰还高2000多米,难以想象的庞大全貌让人充满好奇。为了呈现这一奇观,最初美术团队设计了十几版不同方案供选择,有圆形发动机、方形发动机、柱形发动机等多种形状,但是都被否决了。

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。

“最终定下的这一版是最符合力学支撑结构、最能展现发动机体量感的设计。”丁燕来说,影片中展现的行星发动机由紧贴地面的7个支架支撑,有6个巨型排气孔散热,中心喷射着蓝色强光柱,工业感和未来感十足。

责任编辑| 周怡​​​

电影中俗称的“特效”,包括物理特效和视觉特效。前者包括片中具有机械感的外骨骼和防护服,以及各类特殊道具和烟雾、风雪等可现场拍摄的特效,后者就是最吸引眼球的电脑生成的图像效果。

记者了解到,《流浪地球》从前期概念、美术指导、服装道具到后期大部分特效,基本都是国内特效公司完成的,整体工作量在75%以上。其中,墨影像制作和橙视觉(OrangeVFX)两个中国本土团队负责了全片超过一半的视觉特效镜头,包括片中难度最高的部分。

陆家嘴被冻成冰块,东方明珠被冰封,上海中心从冰面露出头……影片中冰封上海的场景让观众震撼不已。而在丁燕来的印象里,上海场景的一个镜头前后改了251次,成了修改次数最多的特效镜头。

此外,制作团队为了还原原著中的经典场景,在空旷的场地连同地下城和太空舱一起进行了10万延展平方米的实景搭建,并引入了虚拟现实技术协助美术置景工作,从整体结构设计到场景搭建细节做到精益求精。拍摄前,团队制作了8000张分镜头画稿、30多分钟的动态预览、详尽的制作流程和拍摄方案以及以镜头为单位的统筹和通告单等,为拍摄阶段打下良好基础。

“其实有很多元素,我都不知道该是什么样子,但是他们都给做出来了。”《流浪地球》原著作者及影片监制刘慈欣曾向媒体表示,例如片中的运载车和太空站等,制作团队不仅设计出外观,甚至将内部操作驾驶的界面和座椅也都还原出来。

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“‘带’地球一起走”能实现吗

优秀的科幻作品能把人们的日常生活和真挚情感融入科学幻想中。回顾《流浪地球》的剧情,其中无不体现着中国人对家园故土的眷恋情怀,以及愚公移山般的执着精神。

原著中,太阳在进入红巨星演化伊始,人类在选择逃生路线时产生了分歧,“飞船派”与“地球派”各持己见。

“飞船派”认为要制造一艘“诺亚方舟”式的宇宙飞船,在飞船内部创造一个独立的生物圈,通过生物圈循环来维持人类生存。而“地球派”认为,人类无法在地球上建造出足以带走全部人口的大型宇宙飞船。他们主张直接改造地球,将地球变成前所未有的巨型宇宙飞船,通过行星发动机将地球“搬运”至比邻星轨道,来规避未来的灾难。

“在整个人类面临危机的时候,将地球整个当做一个飞船移走,是一个非常大胆且富有想象力的想法。尽管从科学的角度来看,在可以预见的时期内,人类的能力无法实现。”苟利军说。

“流浪地球”计划中的第一步是让地球停止转动,但人类真能使地球停止转动吗?

苟利军表示,地球的转动能是2.24×1029焦耳,而人类历史上曾经实验过的释放能量最强的“大伊万”氢弹,释放的能量是2.1×1017焦耳。通过计算,地球的转动能量大约相当于1万亿个“大伊万”氢弹同时爆炸。未来,假如人类能够熟练掌握重核聚变能力,产生能量的能力将极大提高。但若想持续不断并且提供相同的反推力让地球快速减速,难度非常大。

影片中,由于地球“刹车”停止自传,地表气温降至零下80多摄氏度,所有建筑物都被冻结在冰天雪地中。为了生存,人类只能离开地球表面,移居地下城。

苟利军认为,一旦地球停止转动,很可能会导致板块坍缩,从而引发一系列的全球地震或者海啸。我们将很难看到那些完整保存的城市,不仅在地表修建的行星发动机很难存在,想居住在地下也非常困难。由于发动机的效率很难保持百分之百,散失的巨大热量也就难以让地表结冰。

科学告诉我们,在未来的几百万年间,太阳系是安全的,地球也不会被膨胀的红巨星毁灭;新近的天文观测也告诉我们,比邻星虽然是除太阳之外距离我们最近的恒星,但那里住起来可能并不舒服,因为比邻星会有更强的爆发;天文观测还告诉我们,就算人类有一天掌握了飞向比邻星的技术,也几乎没有可能把行星轨道控制在宜居范围内,同时保证不和目前比邻星周围的行星相撞。

无论怎样,《流浪地球》充满着中国独有的人文追求,这正是“人类命运共同体”理念的中国式表达。

让我们回到现实:如今,嫦娥四号成功实现人类探测器在月球背面软着陆,人工智能、量子通信等新技术新业态层出不穷……深刻的科技创新革命正在中国扎实推进。连同中国科幻电影在内的各行各业,正如中国创新的脚步,永不停歇。(中国纪检监察报记者 姜永斌)链接:《流浪地球》中的科学原理

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。

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