《地心引力》背后的真实故事和真实科学

3/4/14 更新：《地心引力》今年在 奥斯卡奖 上获得了许多奖项，包括阿方索·卡隆的最佳导演奖，以及实至名归的最佳摄影奖和最佳剪辑奖。回顾这部电影，我有两个重要的想法。第一，它真的不可能发生。太空碎片灾难情景和在航天器之间、空间站与空间站之间的轨道跳跃在物理上是不可能的。第二，这种人为的虚构远不如《地心引力》更深层次的真实感重要，它极其出色地捕捉了人类小心翼翼地离开地球，踏入无尽虚空的壮丽和危险。

我将《地心引力》中的乔治·克鲁尼角色与宇航员迈克·马西米诺联系起来（见下文），他显然也同意这一点。奥斯卡颁奖典礼后，他发布了一段 视频，祝贺了演员和剧组，并解释了他为什么认为这部电影正在推动太空探索事业。巧合的是，奥巴马总统在一天后公布了 美国国家航空航天局 (NASA) 的 2015 年预算请求。现实世界对马西米诺的太空探索愿景的支持喜忧参半。该机构获得了维持国际空间站到 2024 年的资金，并开始着手令人兴奋的 WFIRST 空间望远镜项目，但总体而言，NASA 的预算比 2014 年略有缩减。

国会无疑会做出一些改变。如果您想对此过程发表意见，我敦促您 联系您的参议员和众议员。

原文发布：当你看一个科学迷去看科幻电影时，好意也会受到惩罚。拼凑一堆叙事性的废话，用技术术语连接起来，科学怪人们会把你的电影当作高雅的戏剧（见《地心浩劫》、《绝世天劫》）或者当作别有用心的剧情片（我指的是你，《普罗米修斯》）。试图做到逼真，就像新电影《地心引力》一样，很快，从尼尔·德格拉斯·泰森到《时代》杂志（剧透很多）的每个人都会为你纠正一些小错误。

真实场景：1984年，宇航员布鲁斯·麦克坎德雷斯使用 NASA 的载人机动装置在太空中飞行。与《地心引力》中的场景不同，这种宇航服已不再使用，宇航员为了安全起见，始终系有安全绳。（图片来源：NASA）

我先说一句：《地心引力》非常紧张、引人入胜，而且异常美丽。它完全配得上它所获得的评论界和商业上的成功。即使它在一些基本的物理学方面（包括，讽刺的是，万有引力定律）有所放宽，它也相当准确地再现了很多内容。因此，我怀着深厚的感情和对太空历史的强烈好奇心，想问：《地心引力》中所描绘的灾难真的会发生吗？我最近在福克斯新闻 节目中曾简要地回答过这个问题。简而言之，是的，《地心引力》在很多基本方面都做得很好。太空碎片是一个真正的问题。如果碎片损坏了国际空间站和与之对接的任何舱体，返回家园将非常困难。（好吧，不仅仅是困难——可能在没有救援任务的情况下是不可能的，但那就成了另一部电影了。）在这里，我将尽可能避免剧透，来剖析《地心引力》背后的真实科学和故事。

克鲁尼和布洛克。我有幸在 2008 年的 STS-125 任务期间与宇航员们共处了一段时间。他们是乘坐航天飞机上去修复哈勃空间望远镜的乘组——就像《地心引力》中的虚构乘组一样。乔治·克鲁尼饰演的马特·科瓦尔斯基让我想起了健谈而风趣的 迈克·马西米诺，他曾在《生活大爆炸》中多次出现。桑德拉·布洛克饰演的瑞安·斯通，则让人联想起年轻而内敛的 梅根·麦克阿瑟。但是：宇航员在任务前会花费大量时间进行训练。我见到马西米诺、麦克阿瑟和其他乘组人员时，他们已经建立了轻松、深厚的默契。电影中描述的，他们还在任务中学习彼此的个人信息，这种设想虽然有助于推进电影的叙事，但并不反映真实宇航员的交流方式。

电影画面：星际碎片灾难在《地心引力》中的后果（图片来源：华纳兄弟）

设备。《地心引力》相当好地展示了在太空中进行拆卸电路板或拧紧螺丝等基本操作有多么困难。哈勃空间望远镜、航天飞机和国际空间站的描绘都相当逼真。正如电影所示，宇航员在进行太空行走时确实依赖安全绳。科瓦尔斯基的飞行服模仿了 NASA 在 1984 年使用的真实载人机动装置（MMU）。但是：MMU 在挑战者号事故后被 NASA 弃用，因为它被认为过于危险。如今唯一使用的飞行装置是一种名为 SAFER 的小型紧急背包，它只携带 3 磅的氮推进剂。与您在银幕上看到的不同，即使有飞行服，NASA 也不会允许进行无绳飞行。而且，任何有自尊的宇航员都不会像科瓦尔斯基那样，在精密的设备周围进行特技飞行，耗尽所有推进剂。但嘿，在屏幕上看起来确实很酷。

运动。总的来说，《地心引力》对太空飞行的梦幻般、慢动作的世界描绘得非常出色。在地球近在咫尺的太空中，在哈勃望远镜上进行艰苦工作的场景——上下左右完全颠倒——既优美又逼真。当事情出错时，斯通开始翻滚，无法停止。在太空中就是这样——一旦开始运动，就无法停止。这让人联想到三个月前发生的一起真实的、可怕的 事故，当时意大利宇航员卢卡·帕尔米塔诺的宇航服内部发生泄漏。他的宇航服开始灌满水，遮住了他的眼睛和耳朵，他开始缓慢翻滚。我强烈建议大家看看卢卡的 博客。但是：这有一个小小的剧透。在关键时刻，斯通试图抓住科瓦尔斯基，但他却被拉开了，就像悬在悬崖边上一样。这时，电影在太空飞行方面所做的一切都错了。两名宇航员仍然漂浮在微重力中。轻轻一拉，科瓦尔斯基就会飘回来。糟糕。

低地球轨道上 50 万个已知太空碎片的部分地图。（图片来源：NASA）

太空垃圾。如果您看过《地心引力》的预告片，您就知道电影中的整个事件链始于一大群 太空碎片。俄罗斯击落了一颗旧卫星，产生了如同冰雹般的轨道碎片，引发了一连串反应。事实上，低地球轨道上有大量的碎片：NASA 正在追踪约 50 万个大于 1 厘米（约半英寸）的碎片。在该高度，物体以约 30,000 公里/小时（18,000 英里/小时）的速度绕轨道运行，足以造成撞击坑。空间站能够承受 10 厘米（4 英寸）的碎片撞击，但冰雹般的碎片群可能会摧毁航天器和空间站。空间工程师确实担心太空垃圾连锁反应——有时被称为 凯斯勒综合症——并正在研究减少低地球轨道碎片量的方法。但是：俄罗斯人对此了如指掌，并且很可能不会做任何可能造成此类问题的事情；事实上，他们受到条约的禁止。低地球轨道上的碎片不会影响通信卫星，因为通信卫星在更高的轨道上运行。而且，这是一个小剧透，您根本看不到碎片来袭。它们的速度是步枪子弹的十倍。想想您能多容易看到一颗步枪子弹朝您飞来。嗯哼。

轨道动力学。哈勃望远镜、空间站以及电影中的另一个地点（我将不透露名称）都有截然不同的轨道。您不能随意从一个地点跳到另一个地点。尼尔·德格拉斯·泰森尤其对此感到恼火。但我认为这完全在艺术创作的许可范围内：这是一种戏剧化宇航员困境的方式，即使《地心引力》的戏剧性不是真实的，它也处理得很有效。

宇航员的风险。《地心引力》的重点在于太空生活极其危险和不稳定。这是千真万确的。但是：太空飞行的最大风险在于起飞和着陆。相比之下，太空本身却相当安全。统计数据说明了一切。共有 18 人在太空飞行中丧生，但其中只有 3 人在太空本身丧生：1971 年 6 月 30 日，联盟 11 号的乘组人员因阀门故障导致舱体失压而牺牲。他们的牺牲促成了月球上的 陨落宇航员 纪念雕塑和铭牌。另外 15 人在起飞或着陆时丧生。还有 11 人在训练中丧生（包括在阿波罗 1 号火灾中丧生的 3 人）。而地面上为实现太空飞行而牺牲的人数更多。估计有 350 人因火箭爆炸丧生，另有 24 人在各种航天器工厂和发射台事故中丧生。

2009 年，第四次也是最后一次修复哈勃空间望远镜的太空任务，看起来非常像《地心引力》中的场景。（图片来源：NASA）

结论：那么，如果您被困在太空中，会发生什么？标准空间站 宇航服 携带 8 小时的氧气，外加 30 分钟的储备。如果您在此期间无法重新充气或找到安全的地方，二氧化碳水平会升高，最终您会失去知觉。考虑到所有那些太空碎片到处飞，您更有可能导致宇航服泄漏。

如果发生减压，您的时间就变得更...嗯，更紧迫了。暴露在真空中，您将在大约 10-15 秒内昏迷（不要试图屏住呼吸——气压会将肺部的空气爆炸性地排出）。动物研究表明，暴露在真空下不到 3.5 分钟的 猴子 可以在没有永久性脑损伤的情况下复苏。那时，动物的心脏就停止了，也无法挽回了。1965 年的一次地面实验中，一个人暴露在真空中，并且活了下来，可以看看 NASA 试验品吉姆·勒布朗（Jim LeBlanc）这张令人惊叹的 视频。其他一些惊心动魄的案例研究可以 在此 查看。除非救援及时赶到，《地心引力》的真实结局很可能是悲惨的。

在观看《地心引力》时，我被另一部近期科幻电影所提醒，这部电影对太空任务的真实细节更加关注：《欧罗巴报告》，一部聪明但被低估的电影。我想到了在太空中去世的人数如此之少是多么不可思议——自 1971 年以来没有发生过任何死亡事件。而且我一直反复想着，从轨道上看，宇宙是多么壮观。

《地心引力》可能是一部灾难片，但在看完之后，我非常渴望自己也能去太空。

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