2019 年春節(jié)，中國(guó)誕生了首部現(xiàn)象級(jí)科幻電影《流浪地球》，根據(jù)貓眼專業(yè)版數(shù)據(jù)顯示，電影票房已達(dá) 5.53 億，即將破 6 億。
與其同期上映的電影有寧浩執(zhí)導(dǎo)的《瘋狂的外星人》、韓寒執(zhí)導(dǎo)的《飛馳人生》，還有周星馳執(zhí)導(dǎo)的經(jīng)典 IP 續(xù)作《新喜劇之王》。在這樣一個(gè)激烈的競(jìng)爭(zhēng)之下，《流浪地球》在 2 月5 日當(dāng)天斬獲了 1.9 億票房的好成績(jī)。值得關(guān)注的是，《流浪地球》宣發(fā)費(fèi)用占比只有《瘋狂的外星人》 1/7，表明良好的口碑傳播無疑在幫助電影取得票房成功扮演了關(guān)鍵角色。
本片導(dǎo)演郭帆在與好萊塢著名特效公司工業(yè)光魔交流時(shí)，對(duì)方問到在遇到地球毀滅時(shí)，為什么大多數(shù)美國(guó)科幻片會(huì)選擇坐飛船逃離，而中國(guó)人要帶著地球跑？郭帆則打趣的回答道，因?yàn)閯傎I了房子，中國(guó)房?jī)r(jià)貴，所以得帶著房子離開。
毫無疑問，區(qū)別于過往的中國(guó)科幻電影，《流浪地球》是一部基于“硬科技”的“硬科幻”電影，而且與美國(guó)科幻電影奉行的個(gè)人英雄主義不同，是一部極具中國(guó)風(fēng)格的作品。
很多人會(huì)覺得影片中為地球裝上發(fā)動(dòng)機(jī)的想法太過于科幻，離現(xiàn)實(shí)太遠(yuǎn)。但羅伯特·戈達(dá)德在 1926 年發(fā)射人類歷史上第一枚液體火箭時(shí)，只飛了 56 米，而如今，人們對(duì)超遠(yuǎn)程、大載荷火箭也見怪不怪了。正如《流浪地球》的作者劉慈欣說的那樣：“科幻小說讓人類提前感知真實(shí)的未來，當(dāng)科幻小說中的奇跡變成現(xiàn)實(shí)時(shí)，它就變成平淡無奇了?！?/span>
硬科技與硬科幻
在原著小說中，劉慈欣將流浪地球這一人類大逃亡分為如下五步：第一步，用地球發(fā)動(dòng)機(jī)使地球停止轉(zhuǎn)動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)噴口固定在地球運(yùn)行的反方向；第二步，全功率開動(dòng)地球發(fā)動(dòng)機(jī)，使地球加速到逃逸速度，飛出太陽系；第三步，在外太空繼續(xù)加速，飛向比鄰星；第四步，在中途使地球重新自轉(zhuǎn)，掉轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)方向，開始減速；第五步，地球泊入比鄰星軌道，成為這顆恒星的衛(wèi)星。人們把這五步分別稱為剎車時(shí)代、逃逸時(shí)代、流浪時(shí)代Ⅰ(加速)、流浪時(shí)代Ⅱ(減速)、新太陽時(shí)代。
看起來是不是很簡(jiǎn)單很方便？但按電影的設(shè)定，為了到達(dá) 4.2 光年之外的比鄰恒星，這一計(jì)劃要花費(fèi) 2500 年和整整 100 代地球人……
為什么電影沒有采用《星際穿越》等美國(guó)科幻片慣用的時(shí)空躍遷、穿越黑洞之類？因?yàn)楫吘惯@次的“飛船”是整個(gè)地球，能順利的飛過去已經(jīng)是人們正常認(rèn)知范圍的極限了。而如果以常識(shí)推理，驅(qū)動(dòng)地球肯定需要推力，而推力又需要發(fā)動(dòng)機(jī)——這就是電影中最重要的科技之一：重聚變發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖丨電影海報(bào)中的重聚變發(fā)動(dòng)機(jī)噴射出藍(lán)色的離子流（圖源：《流浪地球》）
在小說和電影中均未交待所謂“重聚變發(fā)動(dòng)機(jī)”的準(zhǔn)確定義到底是什么，不過在原文中倒是對(duì)這種發(fā)動(dòng)機(jī)有句簡(jiǎn)單的解釋：“利用巖石中的硅元素進(jìn)行核聚變反應(yīng)，獲得高能高壓的等離子流?！?strong>所以可以將這種發(fā)動(dòng)機(jī)理解為一套巨型的核聚變離子脈沖推進(jìn)系統(tǒng)。而這種發(fā)動(dòng)機(jī)是真實(shí)存在的，而且和電影中一樣，也會(huì)噴出淡藍(lán)色的光焰。
眾所周知，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)需要能量和工質(zhì)（熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的介質(zhì)）兩種東西，而目前的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要以液態(tài)燃料和氧化劑作為推進(jìn)劑，這種化學(xué)能推進(jìn)劑同時(shí)擔(dān)負(fù)能量和工質(zhì)雙重角色，這樣做的好處是工程難度不高且能簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，但矛盾的地方在于，根據(jù)能量守恒原則，火箭比沖和噴射工質(zhì)成正比，而目前的推進(jìn)劑噴出速度在 3.5 千米/秒左右即達(dá)到瓶頸，而飛行器擺脫地球引力需要的第二宇宙速度則是 11.2 千米/秒，唯一的解決辦法只能是增加推進(jìn)器所攜帶的燃料。
圖丨SpaceX獵鷹重型火箭升空瞬間（圖源：SpaceX）
去年首飛成功的 SpaceX 獵鷹重型火箭的離地質(zhì)量為 1420 噸，而它能送到近地軌道的有效載荷僅有不到 64 噸，有效載荷不到 5%；再如航天飛機(jī)再發(fā)射時(shí)的離地質(zhì)量約為 2000 噸，而有效載荷僅為 100 噸左右，有效載荷率也不到 5%。而這個(gè)數(shù)據(jù)僅僅是到達(dá)地球軌道，如果將目標(biāo)設(shè)為火星，粗略計(jì)算的有效載荷率將僅為 1 %左右……正因如此，“流浪地球”計(jì)劃是要推動(dòng)地球這個(gè)重達(dá)60萬億噸的“巨型飛船”，只能依靠目前所知并已實(shí)現(xiàn)的另一種推進(jìn)方法：離子推進(jìn)系統(tǒng)。
與小說中的情節(jié)設(shè)定一致，電影中也出現(xiàn)了挖掘巖石的大型礦場(chǎng)，目的就是收集大量的硅，這種地球上僅次于氧的第二大元素存用于核聚變，為地球上的一萬兩千臺(tái)離子發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。
圖丨地球上“萬機(jī)齊發(fā)”的壯麗場(chǎng)景（圖源：《流浪地球》官方預(yù)告）
之所以說《流浪地球》算是一步“硬科幻”電影，正是因?yàn)殡娪爸械摹坝部萍肌笔菍?shí)際存在的，雖然技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模和電影中虛構(gòu)的還差出幾個(gè)太陽系。
還是以核聚變離子發(fā)動(dòng)機(jī)為例，該技術(shù)從概念被航天先驅(qū)、液態(tài)燃料火箭的發(fā)明者羅伯特·戈達(dá)德（Robert Goddard）教授提出至今已過去了一個(gè)世紀(jì)。簡(jiǎn)單的說，離子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是先將推進(jìn)劑進(jìn)行電離，再利用電場(chǎng)將離子加速噴出形成推力。
以 NASA 多年前開發(fā)的Evolutionary Xenon Thruster（NEXT）離子推進(jìn)器為例，它使用氙作為推進(jìn)劑，氙原子核和電子首先在電場(chǎng)的作用下分離，得到游離態(tài)的氙離子。之后，氙離子進(jìn)入了推進(jìn)器尾端的兩片柵格構(gòu)成的靜電場(chǎng)中，被加速后高速噴出，形成推力。
那離子推進(jìn)器目前能做到什么水平？
還是以 SpaceX 的獵鷹重型火箭為例，其一級(jí)火箭在真空狀態(tài)下的比沖大概在 311 秒，而 NEXT 離子推進(jìn)器的比沖已高達(dá) 4300 秒，是獵鷹重型火箭的 14倍。還有一種名為“場(chǎng)發(fā)射電推進(jìn)”（FieldEmission Electric Propulsion，F(xiàn)EEP）的離子發(fā)動(dòng)機(jī)，以液態(tài)金屬銫作為推進(jìn)劑，被一萬伏的高壓電場(chǎng)電離后，可以達(dá)到 1 萬秒的比沖。
雖然目前的離子推進(jìn)器從推力上看只有幾十毫牛，也就能吹起一張紙而已，更別提脫離地球引力，但在諸如深空探索、星際旅行等真空狀態(tài)下，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間累積加速后，還是可以完成高速飛行及飛行器變軌等任務(wù)，目前已有很多的衛(wèi)星及探測(cè)器搭載了不同種類的離子推進(jìn)器。
圖丨NASA的NEXT離子推進(jìn)器，噴出和電影中一樣的藍(lán)色光焰（圖源：NASA）
當(dāng)然，目前的離子發(fā)動(dòng)機(jī)還無法與化學(xué)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的推力相提并論，但如果按電影中的設(shè)定，將目標(biāo)設(shè)定為4.2光年之外的某顆恒星，這種超遠(yuǎn)距離深空探索選擇以巨型離子發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，還是有科學(xué)依據(jù)的。說完《流浪地球》中最重要的離子推進(jìn)器，我們?cè)賮砜纯从捌谐霈F(xiàn)的其他概念。
DT 君認(rèn)為整部影片的高潮出現(xiàn)在地球開始接近木星時(shí)。按電影情節(jié)的設(shè)定，“流浪地球”計(jì)劃的核心除了離子發(fā)動(dòng)機(jī)之外，另一個(gè)關(guān)鍵就是借助木星的“引力彈弓”效應(yīng)（或稱“重力助推”效應(yīng)），地球除了具備其初始速度外，還將疊加上木星的軌道速度，以高速被“甩入”尋找新恒星之旅。如果你對(duì)《星際穿越》中的情節(jié)還有印象，應(yīng)該記得女主角所乘坐的飛船利用黑洞邊緣的巨大引力彈弓效應(yīng)完成加速并逃逸。同樣的情節(jié)在《火星救援》中也出現(xiàn)過，“赫耳墨斯”號(hào)飛船為了在最短時(shí)間內(nèi)返回火星營(yíng)救同伴，同樣也利用了地球引力的彈弓效應(yīng)。
圖丨“卡西尼”號(hào)的飛行軌跡及引力彈射示意圖
同樣，引力彈弓效應(yīng)在人類的航天歷史上也有實(shí)際應(yīng)用，比如著名的土星探測(cè)器“卡西尼”號(hào)，如上圖所示，在其1997年發(fā)射升空并于2004年最終抵達(dá)土星的旅程中，就經(jīng)歷了一次地球引力彈射、兩次金星引力彈射及一次木星引力彈射。“引力彈弓”效應(yīng)只會(huì)出現(xiàn)在質(zhì)量差別很大的兩個(gè)天體之間，木星質(zhì)量是地球的318倍，所以和電影情節(jié)中講述的一樣，地球進(jìn)入木星的引力范圍后會(huì)被捕獲，而捕獲過程會(huì)先從吸附地球大氣為開端，這一過程在影片中得到了非常直觀完美的詮釋，如下圖：
圖丨木星開始吸附地球大氣（來源：《流浪地球》電影）
隨著地球向木星靠近，引力效應(yīng)變得越來越大，這里就又得扯出另外一個(gè)概念，也是影片中反復(fù)出現(xiàn)并作為地球即將毀滅倒計(jì)時(shí)的“洛希極限”（Roche Limit）。維基百科對(duì)于這一概念的解釋是：“一個(gè)天體自身的重力與第二個(gè)天體造成的潮汐力相等時(shí)的距離。當(dāng)兩個(gè)天體的距離少于洛希極限，天體就會(huì)傾向碎散，繼而成為第二個(gè)天體的星環(huán)。它以首位計(jì)算這個(gè)極限的人愛德華·洛希命名?！闭且?yàn)槭艿铰逑O限的影響，影片中地球在越來越木星時(shí)，潮汐力開始撕裂地球上的一切，引起了巨大的地震，導(dǎo)致大量的離子發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)而無法為地球變軌以觸發(fā)引力彈弓效應(yīng)。
看到這里，DT 君有個(gè)疑問（此處包含劇透），為何在已經(jīng)精確測(cè)算出洛希極限距離的情況下，地球聯(lián)合政府為何沒有事先采取措施預(yù)防發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)，而是任憑地球被木星引力撕碎？
但如果按電影情節(jié)所交待的，“流浪地球”計(jì)劃原本就是個(gè)注定失敗的計(jì)劃，真正的目標(biāo)是保全攜帶了人類受精卵、動(dòng)植物 DNA 圖譜、人類全部知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的“領(lǐng)航員”號(hào)空間站，對(duì)損壞的離子發(fā)動(dòng)機(jī)的全球大救援僅僅是留給地球上不明狀況的吃瓜群眾的最后一針“雞血”，那倒也顯得合情合理了。與前文提到的離子發(fā)動(dòng)機(jī)、引力彈弓效應(yīng)一樣，由于洛希極限導(dǎo)致的天體解體或撞擊確實(shí)發(fā)生過。
比較著名的案例就是 1992 年“蘇梅克－列維” 9 號(hào)彗星（Shoemaker-Levy 9）在運(yùn)動(dòng)到距木星表面約 4 萬公里時(shí)受到洛希極限效應(yīng)的影響，被部分撕裂成碎片，在沿木星軌道運(yùn)行兩年后，終于在 1994 年與木星相撞，形成史上罕見的天文奇觀。
圖丨蘇梅克－列維9號(hào)彗星受洛希極限影響，被木星部分撕裂成碎片
好了，寫到這里，DT 君已將《流浪地球》中涉及到的最關(guān)鍵的三個(gè)科學(xué)概念大致介紹完了（如有劇透，純屬故意）。此外，影片中還出現(xiàn)了諸多其他熱門的技術(shù)實(shí)踐，比如機(jī)械外骨骼系統(tǒng)、人工智能、全語種翻譯耳機(jī)等（曾入選麻省理工科技評(píng)論2018年“全球十大突破性技術(shù)”）。影片中出現(xiàn)的外骨骼系統(tǒng)原型機(jī)由好萊塢著名的特效工作室維塔數(shù)碼（Weta Digital）負(fù)責(zé)打造，這種在影片中救援隊(duì)人手一件的裝備單件重量就有80斤，這對(duì)演員穿著這種裝備進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間拍攝想必是個(gè)極大的挑戰(zhàn)。
但外骨骼系統(tǒng)除了極具科幻感的炫酷造型，其的在影片中也起到了力挽狂瀾的作用。在影片后半段，正是身著外骨骼系統(tǒng)的各國(guó)救援隊(duì)員們用盡所有力量，才推動(dòng)撞針啟動(dòng)了離子發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火裝置“火石”，并最終射出了拯救地球免于被撕碎的離子束。
圖丨電影海報(bào)中身著機(jī)械外骨骼系統(tǒng)的救援隊(duì)員（來源：《流浪地球》官方海報(bào)）
另外，火熱的人工智能技術(shù)在影片中也有出現(xiàn)。影片中的人工智能系統(tǒng)被命名為“莫斯”。與諸多科幻片中出現(xiàn)的 AI 系統(tǒng)一樣，莫斯也是冷酷的，所有事情都以成功概率分析及最高指令為行為準(zhǔn)則，并用盡各種手段阻止人類的“沖動(dòng)”和“非理性”行為，強(qiáng)制休眠、取消人類控制權(quán)限、阻止與地球通訊、故意隱瞞真相等，可謂為了保證任務(wù)最終目標(biāo)的成功率而無所不用其極，哪怕犧牲人類的生命。
莫斯在影片中各種阻撓人類未果后，說了一句令人忍俊不禁卻又值得深思的一句話：“讓人類完全服從理智，真是一種奢求”……
末日三部曲（略有劇透，慎入）
電影《流浪地球》改編自2008年發(fā)表的劉慈欣末日三部曲中的短篇小說《流浪地球》（其余兩作為《微紀(jì)元》和《超新星紀(jì)元》）。
該電影講述了太陽急速衰老膨脹，人類為了拯救地球，在地表安裝了大量的推進(jìn)器，企圖將地球推進(jìn)至 4.3 光年外的半人馬座比鄰星附近，整個(gè)推進(jìn)的過程需要花費(fèi) 2000 余年。在原著中是這樣描寫的“太陽的煙花已向主星序外偏移，氦元素的聚變?cè)诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)傳遍整個(gè)太陽內(nèi)部，由此產(chǎn)生一次叫氦閃的巨蟹爆炸，之后太陽變?yōu)橐活w巨大的紅巨星。事實(shí)上在這之前的氦閃爆發(fā)中，我們的星球已被汽化了?！?/span>
圖丨電影海報(bào)（圖源：《流浪地球》官方海報(bào)）
電影的背景故事非常短，劉慈欣也沒有著墨于辭藻。相反，他用一種直白且硬核的方式把末日“強(qiáng)塞”給了讀者和觀眾。這種做法在 2008 年并不討好，因?yàn)橥瑫r(shí)期，市場(chǎng)更愿意接受韓寒的《獨(dú)唱團(tuán)》和郭敬明的《小時(shí)代1.0折紙時(shí)代》那樣較為委婉的寫作手法。說回正題，這個(gè)將地球推進(jìn)至另一個(gè)生存環(huán)境的項(xiàng)目，便是流浪地球計(jì)劃。電影雖然改編自小說《流浪地球》，卻沒有全部按照小說的結(jié)構(gòu)來走。
電影的故事與其說是一部災(zāi)難片，不如說是一部公路片更為準(zhǔn)確。人們?cè)诹骼说厍蛴?jì)劃啟動(dòng)之后的時(shí)間里碰上了意料之外的災(zāi)難，劉啟、王磊等人組成了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，以地球視角展開講述地球上發(fā)生的災(zāi)難，而劉啟之父劉培強(qiáng)，則是以領(lǐng)航員號(hào)視角展開講述了太空，以及流浪地球幕后隱藏的事情。劇情邏輯和災(zāi)難電影《2012》有些類似，在末日下挽救全人類這個(gè)宏觀描寫之下，通過微觀角度的發(fā)現(xiàn)問題與解決來將情感貫穿在整個(gè)電影之中。
除了最終主角一行人化解地球危機(jī)的皆大歡喜，電影也將親人的離別，為了全人類的個(gè)人犧牲等情感呈現(xiàn)給了觀眾。在劉慈欣筆下，人類面對(duì)災(zāi)難時(shí)是極度統(tǒng)一的，電影《流浪地球》也是如此。這和一些經(jīng)典的末日題材電影不同，如《未來水世界》、《雪國(guó)列車》、《瘋狂的麥克斯4》，反倒是和《魔獸世界之大災(zāi)變》等游戲作品相近。這是因?yàn)樵≌f和電影都不是長(zhǎng)篇連載形式，沒辦法承載龐雜的人物關(guān)系，也是為了將微觀的個(gè)人心理變化突出。
電影最終在一個(gè)悲喜交加的結(jié)尾中劃上了句號(hào)，喜是指地球的危機(jī)解除了，悲是指犧牲與離別。這不禁讓人聯(lián)想到了《戰(zhàn)錘40K》中的名言“帝國(guó)的根基立于犧牲之上”。流浪地球演繹的也是一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，只不過不是人類與人類之間的，而是人類與命運(yùn)之間的抗衡。
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