2019 年春節(jié)，中國誕生了首部現(xiàn)象級科幻電影《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 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》。在這樣一個激烈的競爭之下，《流浪地球》在 2 月5 日當(dāng)天斬獲了 1.9 億票房的好成績。值得關(guān)注的是，《流浪地球》宣發(fā)費用占比只有《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，對方問到在遇到地球毀滅時，為什么大多數(shù)美國科幻片會選擇坐飛船逃離，而中國人要帶著地球跑？郭帆則打趣的回答道，因為剛買了房子，中國房價貴，所以得帶著房子離開。

毫無疑問，區(qū)別于過往的中國科幻電影，《流浪地球》是一部基于“硬科技”的“硬科幻”電影，而且與美國科幻電影奉行的個人英雄主義不同，是一部極具中國風(fēng)格的作品。

很多人會覺得影片中為地球裝上發(fā)動機的想法太過于科幻，離現(xiàn)實太遠。但羅伯特·戈達德在 1926 年發(fā)射人類歷史上第一枚液體火箭時，只飛了 56 米，而如今，人們對超遠程、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的未來，當(dāng)科幻小說中的奇跡變成現(xiàn)實時，它就變成平淡無奇了。”

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)動機使地球停止轉(zhuǎn)動，使發(fā)動機噴口固定在地球運行的反方向；第二步，全功率開動地球發(fā)動機，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)動機方向，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代、逃逸時代、流浪時代Ⅰ(加速)、流浪時代Ⅱ(減速)、新太陽時代。

看起來是不是很簡單很方便？但按電影的設(shè)定，為了到達 4.2 光年之外的比鄰恒星，這一計劃要花費 2500 年和整整 100 代地球人……

為什么電影沒有采用《星際穿越》等美國科幻片慣用的時空躍遷、穿越黑洞之類？因為畢竟這次的“飛船”是整個地球，能順利的飛過去已經(jīng)是人們正常認(rèn)知范圍的極限了。而如果以常識推理，驅(qū)動地球肯定需要推力，而推力又需要發(fā)動機——這就是電影中最重要的科技之一：重聚變發(fā)動機。

圖丨電影海報中的重聚變發(fā)動機噴射出藍色的離子流（圖源：《流浪地球》）

在小說和電影中均未交待所謂“重聚變發(fā)動機”的準(zhǔn)確定義到底是什么，不過在原文中倒是對這種發(fā)動機有句簡單的解釋：“利用巖石中的硅元素進行核聚變反應(yīng)，獲得高能高壓的等離子流?！?strong>所以可以將這種發(fā)動機理解為一套巨型的核聚變離子脈沖推進系統(tǒng)。而這種發(fā)動機是真實存在的，而且和電影中一樣，也會噴出淡藍色的光焰。

眾所周知，火箭發(fā)動機工作時需要能量和工質(zhì)（熱能和機械能相互轉(zhuǎn)化的介質(zhì)）兩種東西，而目前的火箭發(fā)動機主要以液態(tài)燃料和氧化劑作為推進劑，這種化學(xué)能推進劑同時擔(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化機械結(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，而目前的推進劑噴出速度在 3.5 千米/秒左右即達到瓶頸，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%；再如航天飛機再發(fā)射時的離地質(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%。而這個數(shù)據(jù)僅僅是到達地球軌道，如果將目標(biāo)設(shè)為火星，粗略計算的有效載荷率將僅為 1 %左右……正因如此，“流浪地球”計劃是要推動地球這個重達60萬億噸的“巨型飛船”，只能依靠目前所知并已實現(xiàn)的另一種推進方法：離子推進系統(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，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離子發(fā)動機提供動力。

圖丨地球上“萬機齊發(fā)”的壯麗場景（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，正是因為電影中的“硬科技”是實際存在的，雖然技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模和電影中虛構(gòu)的還差出幾個太陽系。

還是以核聚變離子發(fā)動機為例，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·戈達德（Robert Goddard）教授提出至今已過去了一個世紀(jì)。簡單的說，離子發(fā)動機的工作原理是先將推進劑進行電離，再利用電場將離子加速噴出形成推力。

以 NASA 多年前開發(fā)的Evolutionary Xenon Thruster（NEXT）離子推進器為例，它使用氙作為推進劑，氙原子核和電子首先在電場的作用下分離，得到游離態(tài)的氙離子。之后，氙離子進入了推進器尾端的兩片柵格構(gòu)成的靜電場中，被加速后高速噴出，形成推力。

那離子推進器目前能做到什么水平？

還是以 SpaceX 的獵鷹重型火箭為例，其一級火箭在真空狀態(tài)下的比沖大概在 311 秒，而 NEXT 離子推進器的比沖已高達 4300 秒，是獵鷹重型火箭的 14倍。還有一種名為“場發(fā)射電推進”（FieldEmission Electric Propulsion，F(xiàn)EEP）的離子發(fā)動機，以液態(tài)金屬銫作為推進劑，被一萬伏的高壓電場電離后，可以達到 1 萬秒的比沖。

雖然目前的離子推進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)過長時間累積加速后，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)星及探測器搭載了不同種類的離子推進器。

圖丨NASA的NEXT離子推進器，噴出和電影中一樣的藍色光焰（圖源：NASA）

當(dāng)然，目前的離子發(fā)動機還無法與化學(xué)燃料發(fā)動機的推力相提并論，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，這種超遠距離深空探索選擇以巨型離子發(fā)動機作為動力，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器，我們再來看看影片中出現(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。按電影情節(jié)的設(shè)定，“流浪地球”計劃的核心除了離子發(fā)動機之外，另一個關(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《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”號飛船為了在最短時間內(nèi)返回火星營救同伴，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際應(yīng)用，比如著名的土星探測器“卡西尼”號，如上圖所示，在其1997年發(fā)射升空并于2004年最終抵達土星的旅程中，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)只會出現(xiàn)在質(zhì)量差別很大的兩個天體之間，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，地球進入木星的引力范圍后會被捕獲，而捕獲過程會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概念，也是影片中反復(fù)出現(xiàn)并作為地球即將毀滅倒計時的“洛希極限”（Roche Limit）。維基百科對于這一概念的解釋是：“一個天體自身的重力與第二個天體造成的潮汐力相等時的距離。當(dāng)兩個天體的距離少于洛希極限，天體就會傾向碎散，繼而成為第二個天體的星環(huán)。它以首位計算這個極限的人愛德華·洛希命名。”正是因為受到洛希極限的影響，影片中地球在越來越木星時，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)動機停機而無法為地球變軌以觸發(fā)引力彈弓效應(yīng)。

看到這里，DT 君有個疑問（此處包含劇透），為何在已經(jīng)精確測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)動機停機，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”計劃原本就是個注定失敗的計劃，真正的目標(biāo)是保全攜帶了人類受精卵、動植物 DNA 圖譜、人類全部知識數(shù)據(jù)庫的“領(lǐng)航員”號空間站，對損壞的離子發(fā)動機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)動機、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發(fā)生過。

比較著名的案例就是 1992 年“蘇梅克－列維” 9 號彗星（Shoemaker-Levy 9）在運動到距木星表面約 4 萬公里時受到洛希極限效應(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)實踐，比如機械外骨骼系統(tǒng)、人工智能、全語種翻譯耳機等（曾入選麻省理工科技評論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人手一件的裝備單件重量就有80斤，這對演員穿著這種裝備進行長時間拍攝想必是個極大的挑戰(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)的各國救援隊員們用盡所有力量，才推動撞針啟動了離子發(fā)動機的點火裝置“火石”，并最終射出了拯救地球免于被撕碎的離子束。

圖丨電影海報中身著機械外骨骼系統(tǒng)的救援隊員（來源：《流浪地球》官方海報）

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”和“非理性”行為，強制休眠、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器，企圖將地球推進至 4.3 光年外的半人馬座比鄰星附近，整個推進的過程需要花費 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，氦元素的聚變在很短的時間內(nèi)傳遍整個太陽內(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（圖源：《流浪地球》官方海報）

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“強塞”給了讀者和觀眾。這種做法在 2008 年并不討好，因為同時期，市場更愿意接受韓寒的《獨唱團》和郭敬明的《小時代1.0折紙時代》那樣較為委婉的寫作手法。說回正題，這個將地球推進至另一個生存環(huán)境的項目，便是流浪地球計劃。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。人們在流浪地球計劃啟動之后的時間里碰上了意料之外的災(zāi)難，劉啟、王磊等人組成了一個團隊，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，則是以領(lǐng)航員號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電影之中。

除了最終主角一行人化解地球危機的皆大歡喜，電影也將親人的離別，為了全人類的個人犧牲等情感呈現(xiàn)給了觀眾。在劉慈欣筆下，人類面對災(zāi)難時是極度統(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。這是因為原著小說和電影都不是長篇連載形式，沒辦法承載龐雜的人物關(guān)系，也是為了將微觀的個人心理變化突出。

電影最終在一個悲喜交加的結(jié)尾中劃上了句號，喜是指地球的危機解除了，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“帝國的根基立于犧牲之上”。流浪地球演繹的也是一場戰(zhàn)爭，只不過不是人類與人類之間的，而是人類與命運之間的抗衡。

-End-