3月20日，科幻大片《挽救計(jì)劃》重磅上映！這部改編自同名小說(shuō)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(shí)，巧妙融入進(jìn)了跌宕起伏的跨星系拯救劇情，把浩瀚宇宙中的科學(xué)奧秘生動(dòng)地搬上大銀幕。接下來(lái)，筆者將深度拆解這部硬核科幻大片背后的科學(xué)骨架，帶大家沉浸式領(lǐng)略《挽救計(jì)劃》里的科學(xué)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(huì)讓太陽(yáng)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(cāng)五，人類最終將噬星體本身選作星際航行的推進(jìn)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(shí)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(gè)孤注一擲的“挽救計(jì)劃”，讓主角坐上有去無(wú)回的飛船，飛到12光年外的天倉(cāng)五恒星系，用自己的生命來(lái)尋找人類延續(xù)的希望。

或許有人會(huì)質(zhì)疑：電影中的“單程票”橋段是不是在強(qiáng)行制造劇情沖突？多準(zhǔn)備一些燃料，讓主角能夠回到地球豈不皆大歡喜？——事實(shí)上，即便擁有這種只有科幻作品里才有的神級(jí)能源，航天工程依然無(wú)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(dòng)返回地球，你不僅要攜帶回程燃料，還要額外攜帶“用于搬運(yùn)這些回程燃料”的燃料。

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

主角出發(fā)以后，僅用4年時(shí)間就到達(dá)了12光年之外的天倉(cāng)五。這并不是電影的科學(xué)漏洞，也不是主角實(shí)現(xiàn)了超光速的科技。當(dāng)航行速度接近光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)開始向相對(duì)論力學(xué)讓位，根據(jù)狹義相對(duì)論中的尺縮效應(yīng)，當(dāng)飛船以極高速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，從飛船參考系觀察，預(yù)定的航行距離會(huì)發(fā)生顯著收縮。

對(duì)格雷斯而言，原本漫長(zhǎng)的12光年被壓縮到了4年的體感航行時(shí)間。這并非時(shí)間變快了，對(duì)于地球參考系來(lái)說(shuō)，飛船仍需要超過12年才能到達(dá)目的地。

此外，影片對(duì)飛船重力的處理堪稱當(dāng)代硬核科幻的教科書。飛船內(nèi)部重力主要有兩個(gè)來(lái)源，首先是引擎啟動(dòng)后的持續(xù)加速度。飛船前往天倉(cāng)五的過程是一個(gè)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(dāng)飛船減速完成，到達(dá)目的地時(shí)，引擎停止工作，主角隨即進(jìn)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(lái)模擬重力。這種設(shè)計(jì)能夠有效緩解長(zhǎng)期失重帶來(lái)的肌肉萎縮和骨質(zhì)流失，也是現(xiàn)實(shí)中人類構(gòu)思長(zhǎng)距離載人航天時(shí)主流的技術(shù)路徑。

▲ 影片中男主正在進(jìn)行出艙任務(wù)

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(gè)文明傳達(dá)坐標(biāo)？電影選擇了脈沖星導(dǎo)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(shí)別性。主角格雷斯與外星生物洛基交流坐標(biāo)時(shí)，利用脈沖星作為參照物，這在現(xiàn)實(shí)中是完全可行且極具前瞻性的。

早在“旅行者一號(hào)”攜帶的金唱片上，人類就用脈沖星定位法標(biāo)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(shuō)脈沖星是當(dāng)之無(wú)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(biāo)網(wǎng)。

宇宙的空曠感在影片中也可見一斑。你知道在太陽(yáng)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(cāng)五和天苑四不僅是各大科幻作品的?？停诂F(xiàn)實(shí)天文觀測(cè)中也擁有特殊地位。搜尋地外文明計(jì)劃（SETI）最初選定的觀測(cè)恒星就是這兩顆。電影中這兩個(gè)恒星系統(tǒng)都孕育了各自的生命，也算是對(duì)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(shí)際上涉及恒星物理與多光譜觀測(cè)的結(jié)合。在天文學(xué)中，我們通過分析恒星發(fā)射的光譜來(lái)推斷其物質(zhì)構(gòu)成、表面溫度等特征。佩特洛娃線被設(shè)定為一種特定波長(zhǎng)的紅外輻射異常。

實(shí)際上，在可見光之外，宇宙中隱藏著更多的秘密?，F(xiàn)實(shí)中詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡這樣的紅外波段探測(cè)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(hào)。通過不同的頻段去觀測(cè)宇宙，科學(xué)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(xué)。不同于地球大氣的瑞利散射產(chǎn)生的蔚藍(lán)，亞德里安星球因?yàn)榇髿夂穸群突瘜W(xué)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(jì)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(shí)的科學(xué)設(shè)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(huì)達(dá)爾文主義色彩的冰冷生存法則。

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

來(lái)源/中國(guó)航天報(bào)、《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(hào)：中國(guó)航天科普

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