3月20日，科幻大片《挽救计划》重磅上映！这部改编自同名小说的硬核佳作，将星际航行、宇宙定位、天体物理等专业航天天文知识，巧妙融入进了跌宕起伏的跨星系拯救剧情，把浩瀚宇宙中的科学奥秘生动地搬上大银幕。接下来，笔者将深度拆解这部硬核科幻大片背后的科学骨架，带大家沉浸式领略《挽救计划》里的科学浪漫与宇宙魅力！
▲ 亚德里安星球艳丽的大气层
星际航行有啥门道？
贯穿整部电影的核心元素，是一种名为噬星体的微小生物。噬星体能够承受高温并吸收恒星的能量，大量繁殖的噬星体还会让太阳的亮度略微降低，这威胁到了地球生命的生存，人类不得不发射飞船，去寻找拯救地球的方法。为了让飞船航行到12光年外的恒星天仓五，人类最终将噬星体本身选作星际航行的推进能源。
噬星体能将自身的大多数质量转化为能量，这意味着它实现了理想状态下的质能转换，只需很少量的噬星体便可以释放出极其可观的能量。
这种极高的能量利用率解释了为什么电影中仅需2000吨噬星体燃料，就足够支撑起这个孤注一掷的“挽救计划”，让主角坐上有去无回的飞船，飞到12光年外的天仓五恒星系，用自己的生命来寻找人类延续的希望。
或许有人会质疑：电影中的“单程票”桥段是不是在强行制造剧情冲突？多准备一些燃料，让主角能够回到地球岂不皆大欢喜？——事实上，即便拥有这种只有科幻作品里才有的神级能源，航天工程依然无法摆脱齐奥尔科夫斯基火箭方程的铁律。
在星际航行中，如果想让飞船重新启动返回地球，你不仅要携带回程燃料，还要额外携带“用于搬运这些回程燃料”的燃料。
这种燃料负荷的增加是呈指数级增长的，支持往返的噬星体燃料可能需要再多出很多个数量级，飞船有限的载荷不可能装得下，培育这些噬星体的时间和能量也远远不够。因此，主角格雷斯出发前往天仓五的任务，注定是悲壮而充满遗憾的。
主角出发以后，仅用4年时间就到达了12光年之外的天仓五。这并不是电影的科学漏洞，也不是主角实现了超光速的科技。当航行速度接近光速时，经典力学开始向相对论力学让位，根据狭义相对论中的尺缩效应，当飞船以极高速度运动时，从飞船参考系观察，预定的航行距离会发生显著收缩。
对格雷斯而言，原本漫长的12光年被压缩到了4年的体感航行时间。这并非时间变快了，对于地球参考系来说，飞船仍需要超过12年才能到达目的地。
此外，影片对飞船重力的处理堪称当代硬核科幻的教科书。飞船内部重力主要有两个来源，首先是引擎启动后的持续加速度。飞船前往天仓五的过程是一个经典的先加速后减速的过程，这种持续的推力为主角提供了稳定的重力感。当飞船减速完成，到达目的地时，引擎停止工作，主角随即进入了失重状态。
解决失重问题的另一种方式则是通过舱体的旋转来模拟重力。这种设计能够有效缓解长期失重带来的肌肉萎缩和骨质流失，也是现实中人类构思长距离载人航天时主流的技术路径。
▲ 影片中男主正在进行出舱任务
天文奇观藏何奥妙？
在茫茫星海中，如何定位自己并向另一个文明传达坐标？电影选择了脉冲星导航。脉冲星作为高速旋转的中子星，其辐射束像灯塔一样扫过宇宙，具有极高的周期稳定性和可识别性。主角格雷斯与外星生物洛基交流坐标时，利用脉冲星作为参照物，这在现实中是完全可行且极具前瞻性的。
早在“旅行者一号”携带的金唱片上，人类就用脉冲星定位法标注了地球的位置。这种定位精度不随距离增加而衰减，可以说脉冲星是当之无愧的宇宙灯塔，它将空旷死寂的宇宙连缀成了一张有迹可循的坐标网。
宇宙的空旷感在影片中也可见一斑。你知道在太阳周围约16光年的半径内，一共有几颗恒星吗？答案是仅仅数十颗。
电影选取的天仓五和天苑四不仅是各大科幻作品的常客，在现实天文观测中也拥有特殊地位。搜寻地外文明计划（SETI）最初选定的观测恒星就是这两颗。电影中这两个恒星系统都孕育了各自的生命，也算是对天文史的一种致敬。
影片的视觉呈现中，最令人震撼的莫过于佩特洛娃线、噬星体光芒带、亚德里安星球艳丽的大气层等天文奇观。这实际上涉及恒星物理与多光谱观测的结合。在天文学中，我们通过分析恒星发射的光谱来推断其物质构成、表面温度等特征。佩特洛娃线被设定为一种特定波长的红外辐射异常。
实际上，在可见光之外，宇宙中隐藏着更多的秘密。现实中詹姆斯·韦布空间望远镜这样的红外波段探测利器，正是为了捕捉这类微弱的、被尘埃遮蔽或发生红移的信号。通过不同的频段去观测宇宙，科学家能够看到“创生之柱”内部不同元素发出的光，也能像格雷斯一样通过红外光分析找到拯救地球的钥匙。
此外，影片中亚德里安星球大气层的色彩展示了行星大气的散射物理学。不同于地球大气的瑞利散射产生的蔚蓝，亚德里安星球因为大气厚度和化学成分的不同，呈现出一种诡谲而瑰丽的色调。
宇宙之美并不需要过多的艺术加工，而是源于各种物理参数的变幻组合。这些景观背后体现的是自然规律的统一性与多样性。
《挽救计划》之所以能成为一部经典的硬核科幻作品，不仅在于其扎实的科学设定，更在于它为冰冷的宇宙探索注入了滚烫的人文温度，它打破了科幻作品中常见的、充斥社会达尔文主义色彩的冰冷生存法则。
不管是人类在面对毁灭性危机时展现出的协作精神，还是格雷斯与洛基这两个完全不同维度的生命之间近乎纯粹的友谊与奉献，在地缘冲突四起、全球化面临挑战的当今世界，都让人看到了一抹理性而温暖的光芒。
来源/中国航天报、《飞天科普周刊》
文/林胤之
编辑/杨斯爽
审核/宿愿
监制/姜军
本文转载自公众微信号：中国航天科普
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