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电影《地心引力》中的科学

2013-11-24 19:53:07 来源: 网易探索 举报
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近日,阿方索·卡隆执导的《地心引力》在中国上映。这部影片不仅在国际上获得了票房上的胜利,同时也获得评论界的一致好评。《地心引力》凭借惊险刺激的场面和逼真的特技效果给观众带来视觉和心灵的双重震撼。以下内容介绍了电影中涉及到的部分科学知识。

电影《地心引力》中的科学

近日,阿方索·卡隆执导的《地心引力》在中国上映。这部影片不仅在国际上获得了票房上的胜利,同时也获得评论界的一致好评。《地心引力》凭借惊险刺激的场面和逼真的特技效果给观众带来视觉和心灵的双重震撼。与此同时,在客观条件和情况允许的前提下,影片中涉及的场景和科学元素也尽可能地追求真实性,例如国际空间站的内部景象以及“联盟”号飞船和“神舟”飞船等。以下内容介绍了电影中涉及到的部分科学知识。

电影中的意外是如何产生的?

《地心引力》中故事发生的时间距离现在并不遥远。影片的故事背景为最后一次哈勃望远镜维修任务。影片中,俄罗斯摧毁了本国的一颗间谍卫星,就此引发连锁反应并酿成灾难。这一故事起源的灵感就来自于“凯斯勒综合症”。

1978年,美国宇航局科学家唐纳德·凯斯勒首次提出一项理论:地球周围太空的物体(卫星和各种太空垃圾)密集度已经达到令人担忧的程度。由于轨道中的物体飞行速度极快,如果一颗卫星偏离轨道或者遭到一颗流星的撞击,这种事故将产生连锁反应,进而有大量卫星被毁,变成太空垃圾,对国际空间站等航天器的安全构成威胁。这一理论被命名为“凯斯勒综合症”。

凯斯勒担心巨大的撞击会加速这一过程,破坏绝大多数通讯卫星,所形成的碎片带让人类在长达几十年时间里无法向太空发射任何新的无人或者载人航天器。在影片《火星人玩转地球》中,皮尔斯·布鲁斯南饰演的唐纳德·凯斯勒教授的原型就是这位宇航局科学家。

现实中真的会发生这样的太空灾难吗?

虽然被太空碎片撞击的可能性很低,但并不代表没有这种可能性。美国的太空司令部一直对大大小小的太空垃圾进行监测。一旦飞入国际空间站或者航天飞机的轨道,太空垃圾便可能对它们的安全构成威胁。如果预见到可能有这种情况发生,他们便会让空间站和航天飞机稍微偏离轨道,避开太空碎片。然而《地心引力》的科学顾问凯文·格雷泽也指出,一旦航天飞机遭受到像电影中那样强度很大的撞击而进入旋转状态,就根本无法阻止其继续旋转。即使努力尝试,RCS(反应控制系统)推进器的燃料也会在旋转停止之前耗光。

BBC网站的文章指出,类似这样的灾难不仅仅是科幻影片中的一个情节,在现实中也可能出现。2007年1月,中国从地面发射一枚导弹,摧毁了自己的一颗报废的气象卫星,同时形成数千块高尔夫球大小或者更大的碎片,足以破坏沿途的任何物体。当时,一些碎片在国际空间站附近飞过。2013年初,俄罗斯的一颗小卫星被太空垃圾撞成重伤。美国媒体报道称,肇事者是中国2007年进行反卫星试验时产生的卫星碎片。

从这些角度上来说,影片呈现的灾难具有一定可信度。

在影片中的情况下,真的能够化险为夷吗?

科幻影片总是需要制造各种吸引观众的桥段。《地心引力》毕竟是一个虚构的故事,虽然有科学的一面,但是也有很多情节不符合科学常识,而观众显然也不会对如此用心的一部影片过于苛求。

影片为了故事的顺利展开为两位主角的求生之路提供了各种与现实不符的“便利”,而实际上,如果没有这样的安排,那么这部影片恐怕就会讲述一个过程和结局都会完全不同的故事了。

例如,马特·科沃斯基(乔治·克鲁尼饰演)穿着的太空喷气背包在影片中起着重要的作用。在碎片击中“探险者”号航天飞机后,赖安·斯通(桑德拉·布洛克饰演)被抛入太空,科沃斯基依靠太空喷气背包将她带回航天飞机。太空喷气背包确实存在,被称为“载人机动装置”(MMU),但这种装置并不适用于绝大多数任务,早在30年前就已经退役。更重要的是,太空很大,即便穿上氮气推进的喷气背包,科沃斯基也很难营救斯通,更不用说前往另一艘航天器。何况在事故发生前,他已经耗费了背包的很多燃料,这就进一步降低了成功的可能性。

此外,影片中科沃斯基和斯通从严重受损的“探险者”号前往国际空间站。在此之后,斯通又一个人从空间站前往“天宫一号”。如果完成这样的旅程,宇航员需要借助不同的航天器充当“垫脚石”,整个过程非常复杂并且风险极高,很难完成。即使能够跨越影片中那样的距离,科沃斯基和斯通必须考虑每个航天器不同的高度、倾度以及速度等因素,同时考虑自身的方位。这是一项不可能完成的任务。

另一个例子是斯通钻进“神舟”飞船返回舱后设法了解返回舱如何工作,而后重返地球大气层。整个过程中,返回舱疯狂旋转翻滚。实际上,重返地球大气层并不像影片描述的那么简单,而是一个非常复杂的过程,潜在的危险性与发射不相上下。很多宇航员在返回途中因为微小的故障遇难。片中,斯通乘坐的返回舱失去控制。而她甚至没有调整重返角度。如果角度过浅,她会飞回太空,太深的话,便会被高温烧死。

当然,需要指出的是,为了情节的起伏,编剧也在影片中刻意制造了一定的“不便利”。例如,影片中碎片袭击导致地球上空230英里(约合370公里)的任何航天器的卫星通讯中断,致使科沃斯基和斯通无法与地面联系。而实际上,通讯卫星的轨道高度是230英里这一高度的100倍,不可能出现通讯中断的情况。

文章部分内容参考

NASA

BBC News

Washington Post

http://www.spaceanswers.com/

http://www.sparknotes.com/

部分内容编译:Shooter

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