《流浪地球》——中國首部現象級硬科幻電影誕生！

2019 年春節，中國誕生了首部現象級科幻電影《流浪地球》，根據貓眼專業版數據顯示，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導的《瘋狂的外星人》、韓寒執導的《飛馳人生》，還有周星馳執導的經典 IP 續作《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 日當天斬獲了 1.9 億票房的好成績。值得關注的是，《流浪地球》宣發費用佔比只有《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鍵角色。

本片導演郭帆在與好萊塢著名特效公司工業光魔交流時，對方問到在遇到地球毀滅時，為什麽大多數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，區別於過往的中國科幻電影，《流浪地球》是一部基於“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，是一部極具中國風格的作品。

很多人會覺得影片中為地球裝上發動機的想法太過於科幻，離現實太遠。但羅伯特·戈達德在 1926 年發射人類歷史上第一枚液體火箭時，隻飛了 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，當科幻小說中的奇跡變成現實時，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，用地球發動機使地球停止轉動，使發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，在外太空繼續加速，飛向比鄰星；第四步，在中途使地球重新自轉，掉轉發動機方向，開始減速；第五步，地球泊入比鄰星軌道，成為這顆恆星的衛星。人們把這五步分別稱為刹車時代、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？但按電影的設定，為了到達 4.2 光年之外的比鄰恆星，這一計劃要花費 2500 年和整整 100 代地球人……

為什麽電影沒有採用《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是人們正常認知範圍的極限了。而如果以常識推理，驅動地球肯定需要推力，而推力又需要發動機——這就是電影中最重要的科技之一：重聚變發動機。

圖丨電影海報中的重聚變發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“重聚變發動機”的準確定義到底是什麽，不過在原文中倒是對這種發動機有句簡單的解釋：“利用岩石中的矽元素進行核聚變反應，獲得高能高壓的等離子流。”所以可以將這種發動機理解為一套巨型的核聚變離子脈衝推進系統。而這種發動機是真實存在的，而且和電影中一樣，也會噴出淡藍色的光焰。

眾所周知，火箭發動機工作時需要能量和工質（熱能和機械能相互轉化的介質）兩種東西，而目前的火箭發動機主要以液態燃料和氧化劑作為推進劑，這種化學能推進劑同時擔負能量和工質雙重角色，這樣做的好處是工程難度不高且能簡化機械結構，但矛盾的地方在於，根據能量守恆原則，火箭比衝和噴射工質成正比，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品質為 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%；再如太空梭再發射時的離地品質約為 2000 噸，而有效載荷僅為 100 噸左右，有效載荷率也不到 5%。而這個數據僅僅是到達地球軌道，如果將目標設為火星，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60兆噸的“巨型飛船”，只能依靠目前所知並已實現的另一種推進方法：離子推進系統。

與小說中的情節設定一致，電影中也出現了挖掘岩石的大型礦場，目的就是收集大量的矽，這種地球上僅次於氧的第二大元素存用於核聚變，為地球上的一萬兩千台離子發動機提供動力。

圖丨地球上“萬機齊發”的壯麗場景（圖源：《流浪地球》官方預告）

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，雖然技術的應用規模和電影中虛構的還差出幾個太陽系。

還是以核聚變離子發動機為例，該技術從概念被航天先驅、液態燃料火箭的發明者羅伯特·戈達德（Robert Goddard）教授提出至今已過去了一個世紀。簡單的說，離子發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，得到遊離態的氙離子。之後，氙離子進入了推進器尾端的兩片柵格構成的靜電場中，被加速後高速噴出，形成推力。

那離子推進器目前能做到什麽水準？

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

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下，經過長時間累積加速後，還是可以完成高速飛行及飛行器變軌等任務，目前已有很多的衛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）

當然，目前的離子發動機還無法與化學燃料發動機的推力相提並論，但如果按電影中的設定，將目標設定為4.2光年之外的某顆恆星，這種超遠距離深空探索選擇以巨型離子發動機作為動力，還是有科學依據的。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的其他概念。

DT 君認為整部影片的高潮出現在地球開始接近木星時。按電影情節的設定，“流浪地球”計劃的核心除了離子發動機之外，另一個關鍵就是借助木星的“引力彈弓”效應（或稱“重力助推”效應），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”尋找新恆星之旅。如果你對《星際穿越》中的情節還有印象，應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完成加速並逃逸。同樣的情節在《火星救援》中也出現過，“赫耳墨斯”號飛船為了在最短時間內返回火星營救同伴，同樣也利用了地球引力的彈弓效應。

圖丨“卡西尼”號的飛行軌跡及引力彈射示意圖

同樣，引力彈弓效應在人類的航天歷史上也有實際應用，比如著名的土星探測器“卡西尼”號，如上圖所示，在其1997年發射升空並於2004年最終抵達土星的旅程中，就經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”效應只會出現在品質差別很大的兩個天體之間，木星品質是地球的318倍，所以和電影情節中講述的一樣，地球進入木星的引力範圍後會被捕獲，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，引力效應變得越來越大，這裡就又得扯出另外一個概念，也是影片中反覆出現並作為地球即將毀滅倒計時的“洛希極限”（Roche Limit）。維基百科對於這一概念的解釋是：“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。當兩個天體的距離少於洛希極限，天體就會傾向碎散，繼而成為第二個天體的星環。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，導致大量的離子發動機停機而無法為地球變軌以觸發引力彈弓效應。

看到這裡，DT 君有個疑問（此處包含劇透），為何在已經精確測算出洛希極限距離的情況下，地球聯合政府為何沒有事先采取措施預防發動機停機，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，真正的目標是保全攜帶了人類受精卵、動植物 DNA 圖譜、人類全部知識數據庫的“領航員”號空間站，對損壞的離子發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後一針“雞血”，那倒也顯得合情合理了。與前文提到的離子發動機、引力彈弓效應一樣，由於洛希極限導致的天體解體或撞擊確實發生過。

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的影響，被部分撕裂成碎片，在沿木星軌道運行兩年後，終於在 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，寫到這裡，DT 君已將《流浪地球》中涉及到的最關鍵的三個科學概念大致介紹完了（如有劇透，純屬故意）。此外，影片中還出現了諸多其他熱門的技術實踐，比如機械外骨骼系統、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”）。影片中出現的外骨骼系統原型機由好萊塢著名的特效工作室維塔數位（Weta Digital）負責打造，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。

但外骨骼系統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。在影片後半段，正是身著外骨骼系統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動機的點火裝置“火石”，並最終射出了拯救地球免於被撕碎的離子束。

圖丨電影海報中身著機械外骨骼系統的救援隊員（來源：《流浪地球》官方海報）

另外，火熱的人工智能技術在影片中也有出現。影片中的人工智能系統被命名為“莫斯”。與諸多科幻片中出現的 AI 系統一樣，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則，並用盡各種手段阻止人類的“衝動”和“非理性”行為，強製休眠、取消人類控制權限、阻止與地球通訊、故意隱瞞真相等，可謂為了保證任務最終目標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後，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《微紀元》和《超新星紀元》）。

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傳遍整個太陽內部，由此產生一次叫氦閃的巨蟹爆炸，之後太陽變為一顆巨大的紅巨星。事實上在這之前的氦閃爆發中，我們的星球已被汽化了。”

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，劉慈欣也沒有著墨於辭藻。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 年並不討好，因為同時期，市場更願意接受韓寒的《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構來走。

電影的故事與其說是一部災難片，不如說是一部公路片更為準確。人們在流浪地球計劃啟動之後的時間裡碰上了意料之外的災難，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生的災難，而劉啟之父劉培強，則是以領航員號視角展開講述了太空，以及流浪地球幕後隱藏的事情。劇情邏輯和災難電影《2012》有些類似，在末日下挽救全人類這個巨集觀描寫之下，通過微觀角度的發現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給了觀眾。在劉慈欣筆下，人類面對災難時是極度統一的，電影《流浪地球》也是如此。這和一些經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《魔獸世界之大災變》等遊戲作品相近。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係，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。這不禁讓人聯想到了《戰錘40K》中的名言“帝國的根基立於犧牲之上”。流浪地球演繹的也是一場戰爭，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。