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“气象战”的背后,那些科学和不科学的事

关于《气象战Geostorm》这部电影先在这里说一下结论,由于《气象战》算是个灾难素材的科幻电影,因此我个人并不会因为科学上的问题而反推,起码观赏过程中某程度是觉得有娱乐商业效果;至于特效我个人觉得因人而异,也不可能要求“真实”,就不多作评论。而本文将会循序渐进的从无剧情到预告片层级的雷,到直接聊剧情中的科学元素,请视情况斟酌阅读喔!

source:IMDb

 

“气候”、“天气”傻傻分不清?

我们会说今天“天气”好不好,不会说今天“气候”好不好。“天气”通常是用以指称特定时间点的大气状态或现象,讨论的时间范围短至一天,长至一星期,空间上的尺度也很小,最小到乡镇区层级。而会“气候”的尺度动辄数个月、数年甚至谈论百万年以上的古气候都有,空间从像台湾的尺度到世界尺度都有,谈的是长时间的“平均状态”。

“气候变迁”是近代大众对大气科学最关注的议题之一,数年前IPCC的报告已经告诉大众,全球暖化有 95% 与人类活动有关(延伸阅读:如果你觉得地球快被我们毁了,你该矫正对全球暖化的认知)。而另一个议题则是极端天气对人们的影响,譬如极端的降雨、热浪、暴风雪,皆对人类的生命与财产造成重大损失。而其中也不乏有研究指向极端天气与气候变迁的关係,不过试想这两者的时间空间尺度都差很多,光是探讨相关性就够难了,更不用说讨论其因果关係。要我来说,先不论原因为何,起码统计上极端天气的频繁是事实,我们的确是需要正视如何应因极端气候的问题。

source:IMDb

__________以下开始是预告片等级的微微雷__________

《气象战》的空想科学:能“炸”掉一整个颱风吗?

电影《气象战》的科学背景,是人们以卫星科技结合大气理论来试图操纵天气现象,以解决极端气候问题。由现今科学的角度来看这想法还远得很:目前的科技,实用的方式还停留在“人造雨”的阶段。而且要造雨,也还是需要“云”,因为人造雨的方式只是在云中添加一些帮助凝结的东西(详见气象局网页说明),因此这样的方式还是限缩在某些特定天气条件下。至于从零开始製造出云,除了适当的温压条件,还要有水气,要是能凭空造水气,我们还愁什幺人造雨施作?而NASA(美国太空总署)的任务中虽然有过製造彩色云朵,但实际上这些云是用来给悟空把妹研究电离层的小规模云朵,对于天气改变一点用都没有!

所以像预告片中製造出暴风雪的情况,即使理论上有可能,但也受限于科技无法提供这幺大量的水气,更不用说要大辐降低温度。至于预告中“粉碎热带风暴(颱风)”的行为,科技难度根本爆表。之前小弟查了颱风所释放的能量,一个中度颱风一天释放出的能量可达数万颗广岛原子弹的层级,由于数量级过庞大,我实在很难想像要怎幺“炸”才可以轰掉一个成熟颱风。(延伸阅读:“为何不用用神奇核弹来摧毁飓风?” 美国大气总署的不思议问题库

source:fictiontofact.com

而观测史上颱风被轰掉的唯一例子,是地球自己轰的。1991年颱风咏妮亚(Yunya)从菲律宾经过时,正好皮纳图博火山爆发,火山喷发破坏了颱风结构(不只有能量,火山本身也使其结构受到破坏;颱风后来转向侵袭台湾时很快就消散了。以现在媒体常用的角度或许就会说“护国火山”?)不过,破坏火山的并不只是火山的能量,更多是火山喷出来的火山灰等碎屑。而接触到颱风的云雨而落下形成大量泥流,也造成菲律宾当地的严重灾情(说实在有点衰,颱风火山一起来)。

颱风咏尼亚的路径,到台湾已经消散了。图片来源:wikipedia

火山在咏尼亚颱风经过时喷发,图中正中间灰色圆形部分为皮纳图博火山喷发的火山灰。图片来源:wikipedia

所以要毁掉大型的天气系统,需要的能量和物质尺度,也只有地球自己製造的才有机会。所以光从预告片便可知电影中的科学,至少已经是“空想”、离现实远得很~小弟虽是地科人但擅长的不是大气,猜想大气系的朋友看这片子,或许就和地质系的人看地心毁灭、加州大地震是一样的感觉吧?

设计对白:“我到底看了什幺?”
图为塞缪尔.约翰逊(Samuel Johnson)

__________以下开始是颱风等级的爆雷啰,前方高能注意__________

关于《气象战》中的大气科学

我必须说,电影中“真实的”大气科学,少的有点令我充满问号。片头虽然说为了对付极端气候,而发明了这项武器,取名叫“荷兰男孩”,但很难理解为何取这名字,或许是想说人类用了一点力量就发挥控制天气的效果?(好像有种说法是一种见微知着的概念,但电影并无交代清楚)

但是,这段就只说明它的科学原理是控制大气的“热量、温度、压力”的状态,然后画面就带到卫星发射一堆看起来想热能量东西炸掉一个颱风(如上面的gif),然后就没了!后面关于怎幺用雷射加温、怎幺製造暴风雪一个字都没提,所以我想只能用“黑科技”来解释这件事。而比起大气术语,我发现用在太空站里的术语或名词比大气的东西还多;不过想想也合理,片中最常出现的 LOGO 是  NASA 不是 NOAA(美国海洋与大气总署),有种“想要搞定天气,就是要靠发射卫星解决”的概念?

这种东西怎幺看都像雷射武器啊。图片来源:youtube

另一个片中提到的“理论”,应该是英文片名 GEOSTORM(地球风暴),意思就是当地球上被製造出来的风暴到一定的程度,就会毁了整颗地球!这当然还是空想科学。就如本文一开始提到“天气”和“气候”的差异一样,过去整个地球层级的变化,应该是“极端气候”而非“极端天气”,简单来说就是整颗地球得很冷或变得很热,而非同一时间地球上各地同时暴风雪加颱风加热浪加一堆龙捲风全部一起来。当然,或许这套理论是假设在荷兰男孩的“黑科技”可行的情况下而设计的,都能造出一个环绕全世界的天气卫星网,电影中的世界还有什幺不可能的呢?

所以,真的不要太在意它的灾难场面真实性,包括充满黑人问号的香港气爆、好几个龙捲风交错纵横的神鬼传奇、大到和海啸一般的暴潮还能催毁杜拜的高楼也是有点微妙(其实够坚固的房子并不会被海啸一冲就马上倒),还有砂锅大的冰雹、暴风女经过的闪电连发我看到都笑了,而瞬间急冻已经是《明天过后》的老梗就,就不多谈了。但总体来说,比起过去灾难片来说,这部算是收敛到有点被人诟病了

除了大气科学外的科学与科幻画面

或许电影考量了天气的能量尺度之大,所以认知到要实现“荷兰男孩”,必须要建造一大堆的卫星和太空站;从完整的剧情和画面推敲,荷兰男孩可能布满了整个天空,这也合理,因为唯有这样才能有效率的操纵天气。所以理所当然的,用太空梭可重复多次酬载的特性来打造和维修太空站再合理不过(但像space X好像也有发展可回收火箭,只是电影挂上NASA就是要用NASA的科技吧?)。

但对我而言仍难以想像,现在已经没有太空梭服役的时代,竟然有太空站可以容纳好几台太空梭,地表的发射载台可以一字排开轮流发射,这种如动画钢弹一般的宇宙空港,想必太空科幻迷应该很开心!但话说回来,要盖这些东西花多少钱啊?更不用说发生像是让主角坐在空盪盪的太空梭这样奢侈的行为了!这也难怪一开始公听会的参议员不是很想移交荷兰男孩。

而或许是现今科幻作品都考量到“重力”对人体健康的影响,像是火星男孩直接就考量了重力对骨骼的影响,而绝地救援和星际过客都有考量长期在太空的人类需要重力,而设计出由旋转产生重力的太空船(但其实重力要够也要转很快),本片中的太空站也是将此设置作为基本配备。只是……旋转轴部分不会因此有重力啊!所以在停靠接收太空船和卫星设备的位置,大家应该漂来漂去,不应该若无其事的走路啊!至于比较细节的像是人被吸出太空站外的剧情,有瞬间被冰冻脱水的情况,以及一些的太空爆炸特效,反而“看起来有比较真实实一点”,所以重力部分我想就当作考究不足或是成本考量吧!

中间的轴根本不会转,哪来的重力啊!图片来源:youtube

至于最后的小吐嘈,就给荷兰男孩的太空站和卫星高度吧!
先给大家两个参考信息:

  1. 现在的国际太空站ISS轨道距地大约350公里,绕地球一圈91分钟。
  2. 地球同步卫星(如同步气象卫星)距地35786公里,绕地球一圈24小时(意思就是和地球自转是同步的)。

接着来看剧情提到的“香港上空”和“阿富汗上空”的卫星故障,可以猜想这套系统使用的是“地球同步卫星”,唯有这样才能精准的定义“某某上空”的卫星是哪颗,不然会卫星将会一直跑来跑去,但是电影中的卫星看来高度比较接近ISS的低轨道(地球太近了),这样一来如果要确保卫星和地球自传同步,势必要秏费很多额外动力,简言之就是剧情和卫星高度的设置矛盾。

这静止卫星的高度不科学啊!(谜之音:为什幺发射前要张开像太阳能板的东西?)图片来源:youtube

好吧,这只是职业病,我其实是想跟大家说明一下同步卫星的视角,应该是跟气象局上的全球卫星云图差不多的感觉!顺道一题这张卫星云图中从台湾附近的颱风向北延伸的云带,可是很大尺度的天气系统,这个云雨带和颱风共伴的效应也在台湾带来大量豪雨造成土石流等灾情,由于剧情中并未提到,不知道荷兰男孩能不能对付这种天气系统?

剧情走线中的逻辑脉络

虽然看过预告片知道这是灾难片而非剧情片,但我还是比较期待是拿气象武器互相伤害的情节。尤其是“结合十七国科学家之力,并由美国和中国出钱盖好荷兰男孩”这件事,对我来说跟前述的科幻一样不切实际啊(虽然片尾有说世界大同、齐心协力试图合理化这点)!但毕竟歷史上很多跨时代的科技,都是来自于战争和武器开发,而像这种双面刃般的科技,怎幺想都是会先出现武器,或者是因为它有可能成为大规模毁灭性武器,而像核武一般禁止试验,这部电影的世界观其实颇和平的啊。不过剧情中也暗示,这种东西给特定国家拥有绝对不是好事!所以最后的走向还是移交回联合国来管理,然而如果像片中可以藉由后门和病毒程式搞破坏,那还是很危险啊!

 

电影中说有十七国,算一算国旗是十八,猜想是美国扣除自己了吧!图片来源:youtube

个人看电视电影时,很喜欢看剧情中有没有逻辑不通的地方,扣除前述职业病使然所挑出的科学bug,还是可以看出编剧许多有趣的铺梗,譬如前段吉姆史特格斯跟杰瑞德巴特勒的女儿说“我们小时候要好到可以有专属的暗语”,是为了后面视讯会议铺的梗,还有巧妙的把自动车(自驾计程车)融入关键剧情的设计,而中后段起我就一直很在意,在主角边跟前跟后的德籍首席科学家没有特别的表现,好奇她的关键戏何时会出现(果然没有失望XD)。诸如此类的细节小巧思,对于我这种在意逻辑大于特效的观众,算是提供了颇有趣味的娱乐。

戏分算蛮少的“德籍首席科学家”。图片来源:youtube

如果我们不能改变“天气”,但能改变“气候”吗?

其实,我们已经改变了!

仅管还是有人不相信(譬如川普总统),但照IPCC的报告来说,全球暖化 95% 的可能性是人为的,也说明我们该为此事负责。为此,除了宣导节能减碳之外,科学家还是有作了很多尝试努力想让法解决问题,而与此部片最为接近的应该是“地球工程”(geoengineering)领域的研究,最值得一提的例子,就是“铁假说”(注1)的相关做法,即使有些争议(注2),但还是一直有科学家在研究并尝试尽可能在不起争议的情况下做实验(注3)。而有些更疯狂的想法,譬如製造一个“滤镜”卫星放在在L1点(注4),适时减少太阳入射的能量而让地球降温,我想製造成本应该比荷兰男孩低吧(但还是很难做到)!

太阳滤镜的概念示意。图片来源:wikipedia

这时回过头来想想,起码“节能减碳”这件事,至少运行面上已经比这部电影和前面几个地球工程的疯狂想法容易多了,像是随手关掉不必要的电源这幺简单,能不落实一下吗?

  • 注1:提出"铁假说"的科学家认为,某些海洋浮游生物(如藻类)特别喜欢“铁”的元素,故对富含此类生物却缺铁的地方施以铁肥,可能会增加其光合作用效率而“捕捉”二氧化碳(可参考此Nature快讯)。
  • 注2:台大地质系助理教授任昊佳的研究"No iron fertilization in the equatorial Pacific Ocean during the last ice age",从沉积物的研究发现,由于某些特定藻类的生长会限制其它藻类的生存空间,也会把其它藻类需要的营养盐“用光”而抑制其生长。故施以铁肥虽然助长某些藻类生长,但却影响其它的藻类,效果可能不如预期。
  • 注3:即使仍有争议,目前仍有研究针对铁假说进行验证的实验,且进一步研究其对食物链与生态系的影响。
  • 注4:太阳“滤镜”是指用大型镜片改变阳光入射地球的能量。而太阳和地球中间的其中一个拉格朗日点L1,则是正好在日、地中间,且在此位置的卫星会跟着地球公转一起跑的地方,滤镜放在这便能跟着地球一起绕日。

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