《氣象戰》的背後，那些科學和不科學的事

《氣象戰》的背後，那些科學和不科學的事

關於《氣象戰Geostorm》這部電影先在這裡說一下結論，由於《氣象戰》算是個災難素材的科幻電影，因此我個人並不會因為科學上的問題而反推，起碼觀賞過程中某程度是覺得有娛樂商業效果；至於特效我個人覺得因人而異，也不可能要求「真實」，就不多作評論。而本文將會循序漸進的從無劇情到預告片層級的雷，到直接聊劇情中的科學元素，請視情況斟酌閱讀喔！

source：IMDb

「氣候」、「天氣」傻傻分不清？

我們會說今天「天氣」好不好，不會說今天「氣候」好不好。「天氣」通常是用以指稱特定時間點的大氣狀態或現象，討論的時間範圍短至一天，長至一星期，空間上的尺度也很小，最小到鄉鎮區層級。而會「氣候」的尺度動輒數個月、數年甚至談論百萬年以上的古氣候都有，空間從像台灣的尺度到世界尺度都有，談的是長時間的「平均狀態」。

「氣候變遷」是近代大眾對大氣科學最關注的議題之一，數年前IPCC的報告已經告訴大眾，全球暖化有95%與人類活動有關（延伸閱讀：如果你覺得地球快被我們毀了，你該矯正對全球暖化的認知）。而另一個議題則是極端天氣對人們的影響，譬如極端的降雨、熱浪、暴風雪，皆對人類的生命與財產造成重大損失。而其中也不乏有研究指向極端天氣與氣候變遷的關係，不過試想這兩者的時間空間尺度都差很多，光是探討相關性就夠難了，更不用說討論其因果關係。要我來說，先不論原因為何，起碼統計上極端天氣變頻繁是事實，我們的確是需要正視如何應因極端氣候的問題。

source：IMDb

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿以下開始是預告片等級的微微雷＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

《氣象戰》的空想科學：能「炸」掉一整個颱風嗎？

電影《氣象戰》的科學背景，是人們以衛星科技結合大氣理論來試圖操縱天氣現象，以解決極端氣候問題。由現今科學的角度來看這想法還遠得很：目前的科技，實用的方式還停留在「人造雨」的階段。而且要造雨，也還是需要「雲」，因為人造雨的方式只是在雲中添加一些幫助凝結的東西（詳見氣象局網頁說明），因此這樣的方式還是限縮在某些特定天氣條件下。至於從零開始製造出雲，除了適當的溫壓條件，還要有水氣，要是能憑空造水氣，我們還愁什麼人造雨施作？而NASA（美國太空總署）的任務中雖然有過製造彩色雲朵，但實際上這些雲是用來給悟空把妹研究電離層的小規模雲朵，對於天氣改變一點用都沒有！

七色雲彩的來源：齊天大聖東遊記。圖片來源：youtube

所以像預告片中製造出暴風雪的情況，即使理論上有可能，但也受限於科技無法提供這麼大量的水氣，更不用說要大幅降低溫度。至於預告中「粉碎熱帶風暴（颱風）」的行為，科技難度根本爆表。之前小弟查了颱風所釋放的能量，一個中度颱風一天釋放出的能量可達數萬顆廣島原子彈的層級，由於數量級過龐大，我實在很難想像要怎麼「炸」才可以轟掉一個成熟颱風。（延伸閱讀：「為何不用用神奇核彈來摧毀颶風？」美國大氣總署的不思議問題庫）

source:fictiontofact.com

而觀測史上颱風被轟掉的唯一例子，是地球自己轟的。1991年颱風詠妮亞（Yunya）從菲律賓經過時，正好皮納圖博火山爆發，火山噴發破壞了颱風結構（不只有能量，火山本身也使其結構受到破壞；颱風後來轉向侵襲台灣時很快就消散了。以現在媒體常用的角度或許就會說「護國火山」？）不過，破壞火山的並不只是火山的能量，更多是火山噴出來的火山灰等碎屑。而接觸到颱風的雲雨而落下形成大量泥流，也造成菲律賓當地的嚴重災情（說實在有點衰，颱風火山一起來）。

颱風詠尼亞的路徑，到台灣已經消散了。圖片來源：wikipedia

火山在詠尼亞颱風經過時噴發，圖中正中間灰色圓形部分為皮納圖博火山噴發的火山灰。圖片來源：wikipedia

所以要毀掉大型的天氣系統，需要的能量和物質尺度，也只有地球自己製造的才有機會。所以光從預告片便可知電影中的科學，至少已經是「空想」、離現實遠得很～小弟雖是地科人但擅長的不是大氣，猜想大氣系的朋友看這片子，或許就和地質系的人看《地心毀滅》、《加州大地震》是一樣的感覺吧？

設計對白：「我到底看了什麼？」

圖為塞繆爾．約翰遜（Samuel Johnson）

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿以下開始是颱風等級的爆雷啰，前方高能注意＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

關於《氣象戰》中的大氣科學

我必須說，電影中「真實的」大氣科學，少的有點令我充滿問號。片頭雖然說為了對付極端氣候，而發明了這項武器，取名叫「荷蘭男孩」，但很難理解為何取這名字（P編：難道跟第一顆原子彈叫做「小男孩」有關？），或許是想說人類用了一點力量就發揮控制天氣的效果？（好像有種說法是一種見微知著的概念，但電影並無交代清楚）

但是，這段就只說明它的科學原理是控制大氣的「熱量、溫度、壓力」的狀態，然後畫面就帶到衛星發射一堆看起來想熱能量東西炸掉一個颱風（如上面的gif） ，然後就沒了！後面關於怎麼用雷射加溫、怎麼製造暴風雪一個字都沒提，所以我想只能用「黑科技」來解釋這件事。而比起大氣術語，我發現用在太空站里的術語或名詞比大氣的東西還多；不過想想也合理，片中最常出現的LOGO 是NASA 不是NOAA（美國海洋與大氣總署），有種「想要搞定天氣，就是要靠發射衛星解決」的概念？

這種東西怎麼看都像雷射武器啊。圖片來源：youtube

另一個片中提到的「理論」，應該是英文片名GEOSTORM（地球風暴），意思就是當地球上被製造出來的風暴到一定的程度，就會毀了整顆地球！這當然還是空想科學。就如本文一開始提到「天氣」和「氣候」的差異一樣，過去整個地球層級的變化，應該是「極端氣候」而非「極端天氣」，簡單來說就是整顆地球得很冷或變得很熱，而非同一時間地球上各地同時暴風雪加颱風加熱浪加一堆龍捲風全部一起來。當然，或許這套理論是假設在荷蘭男孩的「黑科技」可行的情況下而設計的，都能造出一個環繞全世界的天氣衛星網，電影中的世界還有什麼不可能的呢？

所以，真的不要太在意它的災難場面真實性，包括充滿黑人問號的香港氣爆、好幾個龍捲風交錯縱橫的神鬼傳奇、大到和海嘯一般的暴潮還能摧毀杜拜的高樓也是有點微妙（其實夠堅固的房子並不會被海嘯一衝就馬上倒），還有砂鍋大的冰雹、暴風女經過的閃電連發我看到都笑了，而瞬間急凍已經是《明天過後》的老梗就…就不多談了。但總體來說，比起過去災難片來說，這部算是收斂到有點被人詬病了。

source：IMDb

神鬼傳奇(X)龍捲風同樂會(O)。圖片來源：youtube

編按：泛科學動畫教你要怎麼躲海嘯喔「海嘯我要知道：海嘯怎麼來？台灣會有海嘯嗎？遇到海嘯又該怎麼辦？」

除了大氣科學外的科學與科幻畫面

或許電影考量了天氣的能量尺度之大，所以認知到要實現「荷蘭男孩」，必須要建造一大堆的衛星和太空站；從完整的劇情和畫面推敲，荷蘭男孩可能布滿了整個天空，這也合理，因為唯有這樣才能有效率地操縱天氣。所以理所當然地，用太空梭可重複多次酬載的特性來打造和維修太空站再合理不過（像SpaceX 也有發展可回收火箭，只是電影掛上NASA 就是要用NASA 的科技吧？）。

但對我而言仍難以想像，現在已經沒有太空梭服役的時代，竟然有太空站可以容納好幾台太空梭，地表的發射載台可以一字排開輪流發射，這種如動畫鋼彈一般的宇宙空港，想必太空科幻迷應該很開心！但話說回來，要蓋這些東西花多少錢啊？更不用說發生像是讓主角坐在空蕩蕩的太空梭這樣奢侈的行為了！這也難怪一開始公聽會的參議員不是很想移交荷蘭男孩。

而或許是現今科幻作品都考量到「重力」對人體健康的影響，像是《火星男孩》直接就考量了重力對骨骼的影響，而《絕地救援》和《星際過客》都有考量長期在太空的人類需要重力，而設計出由旋轉產生重力的太空船（但其實重力要夠也要轉很快），本片中的太空站也是將此設定作為基本配備。只是……旋轉軸部分不會因此有重力啊！所以在停靠接收太空船和衛星設備的位置，大家應該漂來漂去，不應該若無其事地走路啊！至於比較細節地像是人被吸出太空站外的劇情，有瞬間被冰凍脫水的情況，以及一些太空爆炸特效，反而「看起來有比較真實一點」，所以重力部分我想就當作考究不足或是成本考量吧！

中間的軸根本不會轉，哪來的重力啊！圖片來源：youtube

至於最後的小吐嘈，就給荷蘭男孩的太空站和衛星高度吧！

先給大家兩個參考資訊：

現在的國際太空站ISS軌道距地大約350公里，繞地球一圈91分鐘。

地球同步衛星（如同步氣象衛星）距地35786公里，繞地球一圈24小時（意思就是和地球自轉是同步的）。

接著來看劇情提到的「香港上空」和「阿富汗上空」的衛星故障，可以猜想這套系統使用的是「地球同步衛星」，唯有這樣才能精準的定義「某某上空」的衛星是哪顆，不然會衛星將會一直跑來跑去，但是電影中的衛星看來高度比較接近ISS 的低軌道（地球太近了），這樣一來如果要確保衛星和地球自轉同步，勢必要秏費很多額外動力，簡言之就是劇情和衛星高度的設定矛盾。

這靜止衛星的高度不科學啊！（謎之音：為什麼發射前要張開像太陽能板的東西？）圖片來源：youtube

好吧，這只是職業病，我其實是想跟大家說明一下同步衛星的視角，應該是跟氣象局上的全球衛星雲圖差不多的感覺！順道一題這張衛星雲圖中從台灣附近的颱風向北延伸的雲帶，可是很大尺度的天氣系統，這個雲雨帶和颱風共伴的效應也在台灣帶來大量豪雨造成土石流等災情，由於劇情中並未提到，不知道荷蘭男孩能不能對付這種天氣系統？

同步衛星的視角，應該是跟氣象局上的全球衛星雲圖差不多的感覺。圖片來源：中央氣象局

劇情走線中的邏輯脈絡

雖然看過預告片知道這是災難片而非劇情片，但我還是比較期待是拿氣象武器互相傷害的情節。尤其是「結合十七國科學家之力，並由美國和中國出錢蓋好荷蘭男孩」這件事，對我來說跟前述的科幻一樣不切實際啊（雖然片尾有說世界大同、齊心協力試圖合理化這點）！但畢竟歷史上很多跨時代的科技，都是來自於戰爭和武器開發，而像這種雙面刃般的科技，怎麼想都是會先出現武器，或者是因為它有可能成為大規模毀滅性武器，而像核武一般禁止試驗，這部電影的世界觀其實頗和平的啊。不過劇情中也暗示，這種東西給特定國家擁有絕對不是好事！所以最後的走向還是移交回聯合國來管理，然而如果像片中可以藉由後門和病毒程式搞破壞，那還是很危險啊！

電影中說有十七國，算一算國旗是十八，猜想是美國扣除自己了吧！圖片來源：youtube

個人看電視電影時，很喜歡看劇情中有沒有邏輯不通的地方，扣除前述職業病使然所挑出的科學bug，還是可以看出編劇許多有趣的鋪梗，譬如前段吉姆史特格斯跟傑瑞德巴特勒的女兒說「我們小時候要好到可以有專屬的暗語」，是為了後面視訊會議鋪的梗，還有巧妙的把自動車（自駕計程車）融入關鍵劇情的設計，而中後段起我就一直很在意，在主角邊跟前跟後的德籍首席科學家沒有特別的表現，好奇她的關鍵戲何時會出現（果然沒有失望XD）。諸如此類的細節小巧思，對於我這種在意邏輯大於特效的觀眾，算是提供了頗有趣味的娛樂。

戲分算蠻少的「德籍首席科學家」。圖片來源：youtube

如果我們不能改變「天氣」，但能改變「氣候」嗎？

其實，我們已經改變了！僅管還是有人不相信（譬如川普總統），但照IPCC的報告來說，全球暖化95％的可能性是人為的，也說明我們該為此事負責。為此，除了宣導節能減碳之外，科學家還是有作了很多嘗試努力想讓法解決問題，而與此部片最為接近的應該是「地球工程」（geoengineering）領域的研究，最值得一提的例子，就是「鐵假說」（注1）的相關做法，即使有些爭議（注2），但還是一直有科學家在研究並嘗試儘可能在不起爭議的情況下做實驗（注3）。而有些更瘋狂的想法，譬如製造一個「濾鏡」衛星放在在L1點（注4），適時減少太陽入射的能量而讓地球降溫，我想製造成本應該比荷蘭男孩低吧（但還是很難做到）！

太陽濾鏡的概念示意。圖片來源：wikipedia

這時回過頭來想想，起碼「節能減碳」這件事，至少執行面上已經比這部電影和前面幾個地球工程的瘋狂想法容易多了，像是隨手關掉不必要的電源這麼簡單，能不落實一下嗎？

注1：提出＂鐵假說＂的科學家認為，某些海洋浮游生物（如藻類）特別喜歡「鐵」的元素，故對富含此類生物卻缺鐵的地方施以鐵肥，可能會增加其光合作用效率而「捕捉」二氧化碳（可參考此Nature快訊）。

注2：台大地質系助理教授任昊佳的研究＂No iron fertilization in the equatorial Pacific Ocean during the last ice age＂，從沉積物的研究發現，由於某些特定藻類的生長會限制其它藻類的生存空間，也會把其它藻類需要的營養鹽「用光」而抑制其生長。故施以鐵肥雖然助長某些藻類生長，但卻影響其它的藻類，效果可能不如預期。

注3：即使仍有爭議，目前仍有研究針對鐵假說進行驗證的實驗，且進一步研究其對食物鏈與生態系的影響。

注4：太陽「濾鏡」是指用大型鏡片改變陽光入射地球的能量。而太陽和地球中間的其中一個拉格朗日點L1，則是正好在日、地中間，且在此位置的衛星會跟著地球公轉一起跑的地方，濾鏡放在這便能跟著地球一起繞日。

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