關(guān)于《地心引力》的科學(xué)常識(shí)

近日，阿方索·卡隆執(zhí)導(dǎo)的《地心引力》在中國上映。這部影片不僅在國際上獲得了票房上的勝利，同時(shí)也獲得評(píng)論界的一致好評(píng)。《地心引力》憑借驚險(xiǎn)刺激的場(chǎng)面和逼真的特技效果給觀眾帶來視覺和心靈的雙重震撼。

與此同時(shí)，在客觀條件和情況允許的前提下，影片中涉及的場(chǎng)景和科學(xué)元素也盡可能地追求真實(shí)性，例如國際空間站的內(nèi)部景象以及“聯(lián)盟”號(hào)飛船和“神舟”飛船等。不過也有科學(xué)家指出，《地心引力》科學(xué)硬傷著實(shí)不少。

意外是如何產(chǎn)生的

《地心引力》中故事發(fā)生的時(shí)間距離現(xiàn)在并不遙遠(yuǎn)。影片的故事背景為最后一次哈勃望遠(yuǎn)鏡維修任務(wù)。影片中，俄羅斯摧毀了本國的一顆間諜衛(wèi)星，就此引發(fā)連鎖反應(yīng)并釀成災(zāi)難。

這一故事起源的靈感就來自于“凱斯勒綜合征”。1978年，美國宇航局科學(xué)家唐納德·凱斯勒首次提出一項(xiàng)理論：地球周圍太空的物體（衛(wèi)星和各種太空垃圾）密集度已經(jīng)達(dá)到令人擔(dān)憂的程度。由于軌道中的物體飛行速度極快，如果一顆衛(wèi)星偏離軌道或者遭到一顆流星的撞擊，這種事故將產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，進(jìn)而有大量衛(wèi)星被毀，變成太空垃圾，對(duì)國際空間站等航天器的安全構(gòu)成威脅。這一理論被命名為“凱斯勒綜合癥”。

凱斯勒擔(dān)心巨大的撞擊會(huì)加速這一過程，破壞絕大多數(shù)通訊衛(wèi)星，所形成的碎片帶讓人類在長(zhǎng)達(dá)幾十年時(shí)間里無法向太空發(fā)射任何新的無人或者載人航天器。在影片《火星人玩轉(zhuǎn)地球》中，皮爾斯·布魯斯南飾演的唐納德·凱斯勒教授的原型就是這位宇航局科學(xué)家。

太空災(zāi)難真的會(huì)發(fā)生嗎

那么，如同電影中一樣的太空災(zāi)難會(huì)在現(xiàn)實(shí)中發(fā)生嗎？

雖然被太空碎片撞擊的可能性很低，但并不代表沒有這種可能性。美國的太空司令部一直對(duì)大大小小的太空垃圾進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一旦飛入國際空間站或者航天飛機(jī)的軌道，太空垃圾便可能對(duì)它們的安全構(gòu)成威脅。

如果預(yù)見到可能有這種情況發(fā)生，他們便會(huì)讓空間站和航天飛機(jī)稍微偏離軌道，避開太空碎片。然而《地心引力》的科學(xué)顧問凱文·格雷澤也指出，一旦航天飛機(jī)遭受到像電影中那樣強(qiáng)度很大的撞擊而進(jìn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，就根本無法阻止其繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。即使努力嘗試，反應(yīng)控制系統(tǒng)推進(jìn)器的燃料也會(huì)在旋轉(zhuǎn)停止之前耗光。

實(shí)際上，類似這樣的災(zāi)難不僅僅是科幻影片中的一個(gè)情節(jié)，在現(xiàn)實(shí)中也可能出現(xiàn)。2007年1月，中國從地面發(fā)射一枚導(dǎo)彈，摧毀了自己的一顆報(bào)廢的氣象衛(wèi)星，同時(shí)形成數(shù)千塊高爾夫球大小或者更大的碎片，足以破壞沿途的任何物體。當(dāng)時(shí)，一些碎片在國際空間站附近飛過。2013年初，俄羅斯的一顆小衛(wèi)星被太空垃圾撞成重傷。美國媒體報(bào)道稱，肇事者是中國2007年進(jìn)行反衛(wèi)星試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的衛(wèi)星碎片。

從這些角度上來說，影片呈現(xiàn)的災(zāi)難具有一定可信度。

與現(xiàn)實(shí)不符的“便利”

在影片中的情況下，真的能夠化險(xiǎn)為夷嗎？

科幻影片總是需要制造各種吸引觀眾的橋段。《地心引力》畢竟是一個(gè)虛構(gòu)的故事，雖然有科學(xué)的一面，但是也有很多情節(jié)不符合科學(xué)常識(shí)，而觀眾顯然也不會(huì)對(duì)如此用心的一部影片過于苛求。

影片為了故事的順利展開為兩位主角的求生之路提供了各種與現(xiàn)實(shí)不符的“便利”，而實(shí)際上，如果沒有這樣的安排，那么這部影片恐怕就會(huì)講述一個(gè)過程和結(jié)局都會(huì)完全不同的故事了。

例如，馬特·科沃斯基（喬治·克魯尼飾演）穿著的太空噴氣背包在影片中起著重要的作用。在碎片擊中“探險(xiǎn)者”號(hào)航天飛機(jī)后，賴安·斯通（桑德拉·布洛克飾演）被拋入太空，科沃斯基依靠太空噴氣背包將她帶回航天飛機(jī)。太空噴氣背包確實(shí)存在，被稱為“載人機(jī)動(dòng)裝置”，但這種裝置并不適用于絕大多數(shù)任務(wù)，早在30年前就已經(jīng)退役。更重要的是，太空很大，即便穿上氮?dú)馔七M(jìn)的噴氣背包，科沃斯基也很難營(yíng)救斯通，更不用說前往另一艘航天器。何況在事故發(fā)生前，他已經(jīng)耗費(fèi)了背包的很多燃料，這就進(jìn)一步降低了成功的可能性。

此外，影片中科沃斯基和斯通從嚴(yán)重受損的“探險(xiǎn)者”號(hào)前往國際空間站。在此之后，斯通又一個(gè)人從空間站前往“天宮一號(hào)”。如果完成這樣的旅程，宇航員需要借助不同的航天器充當(dāng)“墊腳石”，整個(gè)過程非常復(fù)雜并且風(fēng)險(xiǎn)極高，這是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)。

另一個(gè)例子是斯通鉆進(jìn)“神舟”飛船返回艙后設(shè)法了解返回艙如何工作，而后重返地球大氣層。整個(gè)過程中，返回艙瘋狂旋轉(zhuǎn)翻滾。實(shí)際上，重返地球大氣層并不像影片描述的那么簡(jiǎn)單，而是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，潛在的危險(xiǎn)性與發(fā)射不相上下。很多宇航員在返回途中因?yàn)槲⑿〉墓收嫌鲭y。片中，斯通乘坐的返回艙失去控制，而她甚至沒有調(diào)整重返角度。如果角度過淺，她會(huì)飛回太空，太深的話，便會(huì)被高溫?zé)馈?/p>

當(dāng)然，為了情節(jié)的起伏，編劇也在影片中刻意制造了一定的“不便利”。影片中碎片襲擊導(dǎo)致地球上空230英里的任何航天器的衛(wèi)星通訊中斷，實(shí)際上，通訊衛(wèi)星的軌道高度是230英里這一高度的100倍，不可能出現(xiàn)通訊中斷的情況。

地心引力里的科學(xué)錯(cuò)誤

著名的天體物理學(xué)家奈爾·德葛拉司·泰森（Neil deGrasse Tyson）在推特上列舉了數(shù)個(gè)《地心引力》中的明顯錯(cuò)誤。

片名應(yīng)為零引力

《地心引力》的英文版稱為《Gravity》，可以翻譯成引力，顯示出地球軌道上的物體需要受到地球引力的作用，而影片中的情節(jié)無不體現(xiàn)出零重力環(huán)境下的物體行為，比如宇航員可以“漂浮”在空間站中，因此片名改成《零引力》可能會(huì)更好一些。

空間站和哈勃高度錯(cuò)誤

影片中最大的劇情問題就是宇航員從國際空間站直接飛向哈勃望遠(yuǎn)鏡，兩者的軌道高度是不一樣的。國際空間站的軌道高度為350公里左右，而哈勃空間望遠(yuǎn)鏡則達(dá)到589公里左右，在國際空間站、哈勃望遠(yuǎn)鏡建立聯(lián)系，需要軌道飛船進(jìn)行數(shù)次變軌機(jī)動(dòng)。

宇航員長(zhǎng)發(fā)沒有漂浮

布洛克在空間站內(nèi)的頭發(fā)為什么是耷拉著，在零重力環(huán)境下的頭發(fā)應(yīng)該是漂浮狀態(tài)的，現(xiàn)實(shí)情況中，國際空間站上的宇航員如果留長(zhǎng)頭發(fā)而且沒有扎起來的話，應(yīng)該是四處飄散的。

醫(yī)學(xué)博士維修哈勃望遠(yuǎn)鏡？

桑德拉·布洛克在影片中的角色是醫(yī)學(xué)博士，而她卻參與了維修哈勃望遠(yuǎn)鏡的任務(wù)。實(shí)際情況中，哈勃望遠(yuǎn)鏡的維修和維護(hù)任務(wù)都派遣了任務(wù)專家組成維修小組，每個(gè)成員負(fù)責(zé)哈勃望遠(yuǎn)鏡的某個(gè)特定部位的維修任務(wù)，他們?cè)诘孛嫔弦呀?jīng)演練了無數(shù)次。

衛(wèi)星碎片飛行方向錯(cuò)誤

軌道上出現(xiàn)衛(wèi)星等航天器事故是正常的事件，發(fā)生軌道碰撞或者爆炸后，會(huì)形成無數(shù)的碎片，但是影片中的衛(wèi)星碎片幾乎都是自東向西運(yùn)動(dòng)，這與現(xiàn)實(shí)情況也不符合，因?yàn)榘l(fā)射衛(wèi)星時(shí)都是向東發(fā)射，利用地球自轉(zhuǎn)減少發(fā)射衛(wèi)星的燃料消耗，這也是為什么航天發(fā)射場(chǎng)修建在緯度低的地方更好。

通信衛(wèi)星軌道高度太低

影片開頭，一顆通信衛(wèi)星發(fā)生了爆炸，然后釋放出無數(shù)個(gè)碎片，現(xiàn)實(shí)情況是通信衛(wèi)星的軌道高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過幾百公里，通常使用靜止軌道，也就是說其軌道高度接近3.6萬公里。

衛(wèi)星爆炸威力太小

影片中的宇航員在艙外活動(dòng)時(shí)遇到衛(wèi)星爆炸事故的襲擊，事實(shí)上如此密集的空間碎片足以讓這些宇航員喪命，僅僅一個(gè)油漆碎片在軌道上的能量不亞于一顆子彈，何況是爆炸后擁有一定初速度的碎片，那些碎片不僅速度快，而且塊頭大，也很密集。