科幻電影《沙丘》背后的科學(xué)邏輯,你知道多少?

廣闊的大地上,沙漠流淌著蛇形波紋,微風(fēng)揚(yáng)起一縷縷黃塵。遠(yuǎn)處暗青色的天上,兩輪明月照耀,一大一小,懸浮如巨大而蒼白的幽靈。一位女子身穿長袍,在沙脊上漫步。暮野四合,風(fēng)鼓動(dòng)著她的衣擺……

這幅畫面,是最近上映的科幻電影《沙丘》中反復(fù)出現(xiàn)的意象。

神秘主義、政治陰謀、科技倫理……或許是《沙丘》的主旨。不過,在精致的視聽語言背后,其實(shí)有更多科學(xué)邏輯可供解讀。

在《沙丘》的世界,上萬年后,人類已經(jīng)在銀河系中找到了許多行星。它們有的霧靄沉沉,有的綠樹如蔭,但毫無疑問,地質(zhì)構(gòu)造和大氣成分都適合人類生存。

的確,銀河系中,能夠承載生命的行星或許是恒河沙數(shù)。截止這個(gè)月初,人類已經(jīng)在太陽系外發(fā)現(xiàn)了4843顆行星,它們分屬于3579個(gè)不同的行星系統(tǒng)。按照這個(gè)探測比例,僅在我們自己的星系里,繞著自己母星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星就有數(shù)千億之多。

1959年,華裔天文學(xué)家黃授書提出了文明生存的“宜居帶(habitable zone)”。離恒星太近的地方,熊熊烈焰,萬物枯涸;離恒星太遠(yuǎn)的地方,冰天雪地,萬物凝凍。只有正好處于離母星不遠(yuǎn)又不近區(qū)域里的行星,才能留存液態(tài)水,孕育我們已知的生命形式。一切天然適合人類生存的行星,只能在宜居帶內(nèi)找到。

在太陽系的宜居帶中,地球是一顆奪目的藍(lán)寶石。她不負(fù)眾望,用覆蓋七層表面的液態(tài)水,孕育了璀璨的生命奇跡。而與我們乘坐的生命之舟并駕齊驅(qū)的,還有赤紅的火星和無數(shù)主帶小行星。按照最寬松的估計(jì),它們的軌道可能也囊括在太陽系宜居帶中。人類的探測器紛飛穿梭,試圖在它們身上嗅到生命的氣息。

在迸濺到地球上的火星隕石里,人們甚至看到了形如細(xì)菌的化石結(jié)構(gòu)。倘若有朝一日,我們真能在宇宙后院偶遇素未謀面的外星鄰居,那將是人類歷史上前所未有的重要時(shí)刻。

當(dāng)然,要想像電影中那樣,移居外星輕松如搬隔壁小區(qū),我們還有很長的路要走。影片中人類家族剛遷至沙丘星球,無需面罩便可自如呼吸,無需訓(xùn)練便可自在行走。這意味著星球上的氣壓、氧氣濃度、重力等參數(shù),都和地球相近。

根據(jù)2013年的研究,縱觀銀河系中的群星,每五顆類似太陽的恒星中,就有一顆擁有處在宜居帶、且和地球大小相仿(1-2倍)的行星。樂觀估計(jì)起來,銀河系中可能有超過一百億顆人類的“備用家園”。要在其中找到一顆“厄拉科斯”,似乎并非難事。

在電影的外太空鏡頭里,行星弧形的大地散發(fā)著金黃的色澤。當(dāng)我們注視一顆固體星球,第一眼感受的是它反射陽光的能力——反照率(albedo)。

倘若一顆行星表面光滑如鏡,把照射的陽光悉數(shù)反射回太空,反照率就等于百分之百;倘若表面黑糙似炭,幾乎吸收了所有陽光,反照率就是零。在地球上,森林海洋的反照率都低于百分之十,而沙漠是百分之四十。

照此來說,電影中厄拉科斯遍地黃沙,應(yīng)當(dāng)璀璨奪目:照在它身上的光線,近四成都被表面晶瑩的硅化物反射回外太空。相比之下,我們夜里驚嘆的明亮滿月,才僅僅反射了一成而已。

“我想用一個(gè)長鏡頭開始《沙丘》的拍攝,比奧遜·威爾斯《歷劫佳人》開頭的長鏡頭還要好。我希望能從最長的距離開始。整個(gè)鏡頭穿越宇宙……你會(huì)覺得你在穿越銀河系,在穿越銀河系的時(shí)候,看到一群海盜,正在搶劫一艘運(yùn)輸香料的船,然后……戰(zhàn)斗。鏡頭向前,向前,向前……這樣一個(gè)長鏡頭?!?/p>

如果導(dǎo)演請一位天文學(xué)家來做顧問,或許會(huì)再加一幕:從行星系外圍看去,沙丘星球如一顆金黃的寶石,在漆黑的太空中熠熠閃耀。

既然有繽紛多彩的生態(tài)系統(tǒng),厄拉科斯當(dāng)然屬于宜居帶。按電影所述,它地表氣溫在三十到六十?dāng)z氏度之間,足以讓液態(tài)水穩(wěn)定存在。這或許該歸功于星球表面猛烈的沙塵暴:黑暗的高空沙霧阻擋入射的陽光,像海綿一樣吸收輻射,并且抑制地面能量反饋,凝結(jié)蒸騰的水蒸氣。

氣勢磅礴的沙塵暴,其實(shí)也源自天文過程:行星自轉(zhuǎn)。地表的物體按慣性沿直線運(yùn)動(dòng),大地卻在不斷旋轉(zhuǎn),緩慢地改變方向,導(dǎo)致物體的軌跡相對于大地稍稍朝一邊歪斜。在地球上,這種現(xiàn)象讓本該南北走向的信風(fēng)朝東西吹拂,吹動(dòng)了環(huán)繞地球的航海貿(mào)易;給熱帶氣流加上了旋轉(zhuǎn),最終愈演愈烈,成為臺風(fēng)登陸。

而在沙丘世界,它則鞭策起轟轟烈烈的冷熱對流,野馬塵埃,一小時(shí)八百公里,摶扶搖而上。

在地面上的人看來,物體運(yùn)動(dòng)憑空偏轉(zhuǎn),好似受了某種無形的“地轉(zhuǎn)偏向力”。根據(jù)發(fā)現(xiàn)者的名字,有時(shí)也稱它為“科里奧利力”。因此,在片中我們才會(huì)聽到“科里奧利風(fēng)暴(Coriolis Storm)”這樣的別稱。

2003年,科學(xué)家拍到火星阿西達(dá)里亞平原(Acidalia Planitia)的一場沙塵暴,飛沙吞噬的面積相當(dāng)于地球上一個(gè)大洲??磥?,若未來的人類遷徙到鄰家星球,倒真可能會(huì)目睹電影里的壯觀景象。

連綿不絕的沙漠,渺小的建筑,神秘的原住民……這些不是第一次出現(xiàn)在銀幕上。1962年的另一部經(jīng)典電影——《阿拉伯勞倫斯》拍攝于壯美的中東沙漠,和《沙丘》一樣,也意圖觸摸影視藝術(shù)遼闊的極致。

片中特別令人印象深刻的,是個(gè)足足用一分鐘鋪陳的鏡頭:

遠(yuǎn)處白沙與藍(lán)天相接,空無一物;慢慢地,出現(xiàn)了一個(gè)幾乎看不清的小黑點(diǎn);熱浪顫抖,吞吐著地平線上若有若無的黑點(diǎn);那黑點(diǎn)抖動(dòng)著,伸展著,慢慢顏色加深,最終變成一個(gè)確定無疑的沙漠之舟,載著主角緩緩走來……

《沙丘》與《阿拉伯的勞倫斯》之間的聯(lián)系,其實(shí)極為深厚。后者的原型來自上世紀(jì)初一位英國軍官托馬斯·勞倫斯,他被英國派赴阿拉伯作戰(zhàn),抗擊侵略該地的土耳其人。但他逐漸融入了當(dāng)?shù)刎惗家蛉说?a href='/wenhua/' target=_blank>文化,轉(zhuǎn)而成為他們的精神伙伴,為阿拉伯人自己的權(quán)益而戰(zhàn)。

除此之外,私生子的身份、特殊的沙漠坐騎、文化特色的佩刀……對照《沙丘》,不難看出相似性。

《沙丘》原著,也從勞倫斯的個(gè)人回憶錄《智慧七柱》里借來了許多美感。例如《智慧七柱》第十四章:

“我們再次上路,沉重地穿過夜晚的寂靜——那靜謐如此濃烈,以至于我們不斷在鞍子上轉(zhuǎn)身,幻想自己聽見了那星星綴成的夜幕披風(fēng)發(fā)出的遙遠(yuǎn)聲響。但活力蘊(yùn)藏著我們體內(nèi),蘊(yùn)藏在我們穿過那些幽靈般的芬芳花朵時(shí)灌木叢的噼啪聲……月亮在群山頂上升起,描出石灰?guī)r層的輪廓,澄澈如晶瑩的白雪?!?/p>

《沙丘》第六章,幾乎是完全相同的情景:

“黎明前的寂靜籠罩了沙漠盆地。他抬頭看去。高懸在頭頂?shù)?,是亮片一樣的星星,點(diǎn)綴在深藍(lán)色的夜空披巾上。南邊的地平線上,低垂著此夜的第二輪月亮,透過薄薄的塵霧……發(fā)出晶瑩的光。月亮沉入防護(hù)墻的峭壁,為墻邊撒上了一層白霜?!吹揭淮髨F(tuán)紅色的花朵,以及穿過它們的清晰紫色痕跡……好像巨大的腳印。”

不管是真實(shí)世界,還是幻想星球,月亮似乎都是作家繞不開的意象。

在真實(shí)世界,這種情況很難發(fā)生。當(dāng)三顆天體彼此靠近,引力作用使它們形成著名的“三體”情形。除非采取某些特殊的構(gòu)型,否則三顆天體的運(yùn)動(dòng)極難穩(wěn)定下去。要么互相吸引而撞毀,要么速度過高而逃逸。況且,這個(gè)行星系統(tǒng)的恒星還在拉著它們繞轉(zhuǎn)——這是個(gè)四方引力都不可忽略的混沌“四體”系統(tǒng)。

如此龐大的月球,引力作用也十分顯著。引力與質(zhì)量成正比,而月球的質(zhì)量足足相當(dāng)于地球的1/81。在太陽系其他行星那里,衛(wèi)星質(zhì)量只有行星的萬分之幾。例如擁有數(shù)十顆衛(wèi)星的木星,最大的衛(wèi)星不過占它質(zhì)量的十萬分之八。這群“后宮佳麗”個(gè)個(gè)“人微言輕”,所以才得以和平共處。

人類的神話基于一個(gè)前提,便是我們一直看到的是同一面月亮。倘若月亮在天上旋轉(zhuǎn),露出不同的側(cè)面,變化的圖案便很難附會(huì)成一套固定的故事。

在我們的地球上,月亮喚起潮汐。她的引力牽引著波濤,讓最靠近和最遠(yuǎn)離她的水體漲起。與此同時(shí),這部分水體的引力也在牽拉著月亮,使其軌道不斷變化。逐漸地,月亮的自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期趨向于相同;此后,她將永遠(yuǎn)以同一面朝向地球,在地面上只能看到她的半張面孔。這個(gè)過程稱為“潮汐鎖定”。

潮汐鎖定原理示意圖 / 2005 Pearson Prentice Hall, Inc

我們的月亮早已被潮汐鎖定,所以我們看到的永遠(yuǎn)是“月之亮面”。如此看來,載滿故事的沙丘大月亮,應(yīng)當(dāng)也已經(jīng)與行星共存過了很長的時(shí)間。再考慮到它與小月亮的共存狀態(tài)不穩(wěn)定,看來,天文年代上來說,小月亮是剛飛進(jìn)這個(gè)系統(tǒng)不久的“第三者”。

雖然沙丘星球上沒有海洋,但沙丘保護(hù)的地下水,也會(huì)產(chǎn)生呼應(yīng)著月球運(yùn)動(dòng)的潮汐。另外,同樣是流體的大氣,也會(huì)因月球引力產(chǎn)生“氣體潮”的漲落。

地殼也會(huì)被月亮牽引,產(chǎn)生漲落,稱作“固體潮”。電影中,潛藏在沙丘中的巨大沙蟲,鱗甲能敏銳地感知沙體振動(dòng)。兩個(gè)月亮牽動(dòng)的不規(guī)則地殼運(yùn)動(dòng),或許經(jīng)常讓沙漠震顫,令它們震耳欲聾。

《沙丘》中的沙蟲 / 劇照

月海 / Wikipedia

月亮上的黑暗陰影,如今被稱為“月?!?。當(dāng)然,它和真正的海沒有關(guān)系,是遠(yuǎn)古時(shí),月球被撞擊后流出巖漿,在低洼處凝結(jié)成暗色玄武巖。月球現(xiàn)在看起來平靜,但月海的存在證明,至少在數(shù)十億年前,她也曾經(jīng)熾熱過。

而在沙丘世界,月亮似乎也不曾冷卻。

按照影片所述,沙丘星球的衛(wèi)星受到月亮磁場的強(qiáng)烈干擾。而目前主流理論認(rèn)為,星球帶有磁場,是因?yàn)閮?nèi)部導(dǎo)電的流體物質(zhì)(例如地球外核中熔融的金屬)對流,在科里奧利力的作用下旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生了感應(yīng)磁場。因?yàn)檫@個(gè)過程和發(fā)電機(jī)類似,因此稱為“發(fā)電機(jī)原理”。

地球磁場成因示意圖 / Pinterest

所以,沙丘的月亮內(nèi)部應(yīng)當(dāng)有類似于地球外核的巨大熔融區(qū)。在行星引力的作用下,月表會(huì)發(fā)生地質(zhì)活動(dòng),甚至可能是大規(guī)模的火山爆發(fā)。那樣的話,即便是月亮的暗面,也會(huì)出現(xiàn)赤紅的火光斑紋。那將是一幅多么奇詭的畫面。

月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 / Wikipedia

月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 / Wikipedia

不過,在電影故事發(fā)生的日子里,兩個(gè)月亮幾乎都是滿月。它們彼此靠近,寧靜地放出和諧的光。

由于月亮反射的是太陽的光,所以它發(fā)光的那一面永遠(yuǎn)指向太陽。當(dāng)月相是滿月時(shí),它必然處在天空中和太陽相對的一側(cè)。夜觀月亮,就像白天看太陽一樣,同樣可以判斷時(shí)間:滿月升起,夕陽落下;朝陽升起,滿月落下。

在影片中,月表的光影對應(yīng)制作得非常準(zhǔn)確。一瞥低垂的滿月,當(dāng)?shù)厝司椭溃禾鞂⑵茣裕胰昭籽子挚靵淼健?/p>

1984年電影《沙丘》海報(bào),相距如此遠(yuǎn)的雙滿月是不可能出現(xiàn)的 / IMDB

最后,請注意一點(diǎn):在解讀《沙丘》背后的科學(xué)邏輯時(shí),我們一直沒有用到畫面以外的內(nèi)容。也就是說,幾乎僅僅靠站在大地上雙眼所見的一切,我們就判斷出了行星的亮度、月亮的年齡、沙暴的成因……

在真實(shí)的地球上,我們也可以欣賞同樣的美景。幾千年前的古人使用肉眼和手工器具,就能相當(dāng)準(zhǔn)確地測量出地球、月球的半徑,甚至太陽的距離;能夠預(yù)測日月交食的時(shí)間,潮汐的變化;能夠判斷恒星的軌跡,行星逆行的周期……這一切如此自然,又像個(gè)奇跡。

你生命的意義是什么?

如果你臨大自然而居,它是否隱藏在——

一棵亭亭的樹里,

一群忙碌的工蜂里,

一朵盛放的花里,

刺穿黎明黑暗的太陽里?

抑或你居于都市?

想象力驚艷眾人,思緒卻集中于——

犯罪為生的年輕人,

漫長的工時(shí)與發(fā)薪日

快活一時(shí)的夜生活?

你不過是偉大磨坊主遺落的谷糠嗎?

還是無論居于何處,你的生活都有意義?

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