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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  「阿凡達」的背景科學
  那福忠 January 26, 2010
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   阿凡達的製作人津津樂道對人說,導演兼劇作人 James Cameron 創作的不是科幻故事 (Science Fiction),而是科學事實 (Science Fact)。影片把觀眾帶進虛幻的世界,外太空的綠色星球、空中懸浮的山脈、夜間燦爛發光的花草,似乎沒有一樣存在於我們的世界。但事實上,這些奇觀異景的背後,都連接著核心科學,都可能實際存在於宇宙之間。

   山為什麼在空中飄浮,影片裡沒有明確解說,一些影評也指出了這一點,但只要略微科學化的觀賞,就不難發現交織在整個故事當中,這一切都緣起於超導體 (Superconductor)。人類登陸 Polyphemus 星球的月球 Pandora,是因為發現那裡有 unobtanium 礦產,這是礦中之王,能用在任何工程上,地球卻上沒有,如果運回地球勢必造成另一次工業革命。故事開頭實驗室主管拿出一塊礦石,可以在飄浮空中旋轉,那就是就是 unobtanium, 而且是超導體,也就是電流可以完全沒有阻力流通,這也是地球人登陸的原因。

   其實 unobtanium 這個字是工程界開的玩笑,是十全十美卻又無法取得 (unobtainable) 的金屬,取用 unobtainable 的前段,加上金屬字尾 nium,就成了 unobtanium。導演用這個字,不得不佩服他的幽默。(這個字另一種寫法為 unobtainium。)

   科學家說,物質遇到磁場都或多或少產生抗磁性 (Diamagnetic),但多數排斥的磁通量都很小,起不了作用,但超導體不同。超導體的特性,遇到磁場就成為極佳的抗磁物質,可以完全排斥磁通量,使自己飄浮。超導體在地球上只有降到零下一百多度的低溫才能形成,影片月球上則存在於室溫之下。

   月球的山裡蘊藏豐富的 unobtanium 礦,使月球本身成為一個龐大的超導體,加上月球的強大磁場,一旦一座山與月球分離,那座山就成了分離的超導體,再受到月球磁場的影響,排斥磁場的磁通量,就會飄浮在空中了。問題是,月球上的山為什麼會一大塊、一大塊的脫離?

   月球,是與母體星球「綁」在一起、受母星重力牽引的星球,影片中的母星球 Polyphemus 是一個龐大的氣態行星,有如我們太陽系的木星,沒有踏實的土地,這樣的星球對其月球的牽引力遠大於固態星球,經常產生有如浪潮的「地潮」,鬆動了月球的地質結構,久而久之,有的地方就鬆動脫離。脫離的山峰,內藏的超導體礦石,遇到月球的強大磁場,就自然飄浮起來了。導演把 Pandora 說成是月球、而不說成是行星,道理就在這裡。

   月球的假設,在整個影片佔有重要的位置,因為還可以解釋夜間發光的花草。螢火蟲是我們熟知的發光昆蟲,夜裡發出閃爍的亮光,文學作品常用來添增浪漫氣氛。根據生物學的解說,發光是由體內釋出的化學物質轉換為光能,稱之為生物發光 (bioluminescent),不但陸地上的昆蟲會發光,深海裡的魚類也會自己發光,都是反應生態環境、長期進化所形成了。影片的月球,就製造了這樣的生態環境。

   植物在夜晚發光,是因為夜晚的時間太長,長期處於黑暗中的花草,久而久之就可能進化成一個自行發光的生態系統。夜晚時間太長,因為母體行星太大,月球的一天,等於繞母體星球一圈,母體星球越大、月球一天的時間越長,也就是黑夜的時間越長。以地球為例,一天有 24 小時,是自轉一圈的時間,可是我們的月亮,要 27 天才能繞地球一圈,所以月亮上的一天等於 27 個地球天。影片裡的行星很大,那月球的黑夜就很長,發光的花草極可能因應環境而演化形成。

   影片用月球為故事的地點,是根據最近科學的進展,因為只有月球才可能有維繫生命的條件。宇宙間有很多龐大的氣態星球,沒有堅固的立足地方,不適合居住,但外圍的月球就有岩石的固態星球,而且可能有大氣層包圍,只要與母體星球距離適中,不太近讓水蒸氣蒸發掉,也不太遠讓水氣結冰,就適合居住了。但有一個問題,氣態星球會釋放大量的輻射線,例如土星的月球 Io,輻射線就高達 4000 倍的致命強度。

   但我們的導演巧妙的用科學方法解決了這個問題,Pandora 月球的強大磁場,把外來的輻射線反射到別的方向去了,而進化成適合萬物生長的綠色星球。阿凡達有很高的娛樂性,大家看得很熱鬧,要想看一點門道,超導體、磁場、月球,都是交織在影片裡的背景科學。

   導演兼劇作人 James Cameron 僅僅是個藝人?他做過美國太空總署 NASA 火星計畫的顧問。



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