Borealis Dynamics · Borealis Horizon
简化

诗意许可

为了让这次旅程得以实现,Borealis Horizon 所做的简化:现实怎么说,模拟用什么代替,以及偏差有多大。

飞船 01

发动机

一枚完美的光子火箭:全部燃料都转化为光,以准直光束向后射出,没有任何损失。这样的发动机并不存在;飞船上也没有燃料箱、散热器或储备。即使是物质与反物质湮灭,也会有相当一部分能量流失到无法准直的产物中,而任何这类损失都会让出发质量成倍增加许多倍。

干质量 100 t · 出发质量 5.20十亿 t(质量比 5.2 × 10⁷ = e17.77)· 燃料能量 4.7 × 10²⁹ J,相当于太阳 20 分钟的辐射 · 出发时光束功率 1.5 × 10²² W
理想化防护盾

飞船穿过星际介质,就好像介质碰不到它。在这样的速度下,恒星之间的气体以能量极高的质子束形式撞上船首——转向时每个质子 3.4 TeV,而且通量随 γ 的平方增长。仪表盘计算撞击防护盾的量,并假定防护盾能够承受;没有任何部件磨损,也没有人生病。Semyonov(2009、2020)估计,迎面而来的气体是相对论旅行中最强烈的辐射,需要本模型所不具备的屏蔽。

模型对整个航程只使用一个密度,每 cm³ 0.1 个原子(即太阳所在的本地泡的密度);在太阳附近和 M16 的空腔内部,气体更稠密。

转向时:每质子 3.4 TeV · 防护盾受热 59 GW/m²(≈ 太阳表面辐射出射度的 930 倍;在 1 原子/cm³ 的气体中再高 10×)· 防护盾平衡温度 ≈ 32,000 K · 乘员剂量、尘埃侵蚀和次级辐射:未建模
重力与乘员

船上时间十七年间始终保持恒定的 1 g,在半途瞬间转向;减速时,船首发动机让驾驶舱始终朝向目的地。真实的火箭会把整艘飞船掉转过来,期间会有几分钟失重。没有生命维持系统,没有食物,也没有在船上度过十七年的任何后果。

转向:模型中为 0 s · 生命维持:未建模

出发与航线 02

基地

海岸基地是虚构的,设施和地形都为这一场景而创建。附近的海岸线和河流是程序生成的,不是任何真实地点的测绘;基地的纬度等于 M16 的赤纬(−13.9°),视觉经度固定,以便基地始终位于飞船下方。云层结合了一张 NASA 历史图像和生成的细节,并不代表出发当天的天气。天空在 50 到 100 km 之间变暗,这是视觉上的选择。

飞船垂直上升,一开始就指向 M16——仿佛出发时刻星云正位于基地的天顶。事实并非如此:2026年10月19日正午,M16 在该经度的地平线上方约 30°。

爬升

飞船从地面沿直线出发,推力 1.1 g——最初几分钟净加速度为 0.1 g——在 311 km 高度切换为恒定的 1 g,没有大气、阻力、气动加热、地球自转、停泊轨道,也没有太阳引力。没有任何真实的飞行器是这样发射的。若从 400 km 的轨道出发,船上时间会相差 41 分钟,燃料相差 0.008%。

忽略的太阳引力:g 的 0.06% · 忽略的地球自转:465 m/s · 忽略的地球公转:29.8 km/s
直线

航线是从地球到创生之柱前方一个选定点的直线。途中没有任何东西让飞船偏转或改变速度:没有引力助推,飞越的行星只是布景,不是质量。飞船抵达时相对地球静止,而模型完全没有给 M16 设定速度——太阳和星团都随银河系公转,彼此也有相对运动,但目标始终停在照片所确定的位置。

相对速度为 1 km/s 时,目标在 7,000 年内移动 0.024 光年;相对速度为每秒数十 km 时,移动一光年的若干分之一
距离

模拟采用到 M16 中心 7,000 光年的距离,这是教科书中的经典数值,星云的每一个尺寸都是测得的角度乘以这一距离。Gaia 任务的视差测量(Kuhn et al. 2019)将 NGC 6611 星团定在 1,740 ± 130 秒差距处,约 5,700 ± 400 光年。

采用 7,000 光年 · Gaia 5,700 ± 400 光年 · 船上时间 17.2 → 16.8 年 · 地球时间 ≈ 7,000 → ≈ 5,700 年 · 创生之柱高度 8.6 → 7.0 光年
停船点

创生之柱所在的平面位于所采用的 M16 中心之前 8 光年处(设计值),飞船在该平面之前 7 光年处停下,速度为零,燃料恰好耗尽。这个点是设计时选定的:在距最近一面 6.9 光年的地方,8.6 光年高的创生之柱无法完整地装进挡风玻璃。

航程 6,985 光年 · 停在距创生之柱平面 7 光年处

时间与地球 03

地球图像

地表采用 NASA 的 Blue Marble 地图,这是一幅 2004 年 1 月的合成图,没有天气、季节,也没有亮起灯光的城市。显示的地球不自转:经线和晨昏线保持出发时刻的位置,以使基地留在飞船下方——六小时后,等地球离开画面时,真实的地球已经转过了四分之一圈。

地图:Blue Marble,2004年1月 · 显示的自转:无
时钟与通信

计算信号延迟时,地球固定在出发点:半径八光分的地球公转轨道不计入计算。实际上并没有通信:没有人发送,没有人回答,船载电台是虚构的。船上日历采用每年 365.25 天、每月为一年的十二分之一,使用巴西利亚时间。

延迟中的地球公转:忽略(6,985 光年中 ≤ 8 光分)

天空 04

恒星

天空中有 299,858 颗编目恒星——109,400 颗来自 HYG,190,458 颗来自 Celestia 的 Gaia EDR3/Hipparcos/Tycho 发行包。真实的天空有数十亿颗恒星;这里缺少暗弱和遥远的恒星,而在 M16 附近的稠密银盘中,光行差本会带进舷窗的那些恒星也缺失了。每颗恒星都按自身温度的黑体发光,温度由颜色(HYG)或光谱型(附加包)估算:没有谱线,因此一颗发生蓝移的冷星看起来会与真实的略有不同。附加包中的 190,000 颗恒星静止不动,没有自行。没有星光闪烁、黄道光或引力透镜;水星和金星只作为标记存在。

星表 299,858 颗恒星 · 光谱:黑体 · 自行:仅 HYG
曝光

舷窗相当于一台固定曝光的相机,曝光为整个航程一次性选定,后视摄像机也一样。静止时它能显示到 8 等的恒星,大约比暗夜中的肉眼灵敏五倍;它从不适应、从不炫目、从不产生眩光。显示器也无法再现真实舷窗会接收到的强度范围:转向时的宇宙背景辐射会让任何屏幕饱和。

静止时极限 ≈ 8 等(肉眼 ≈ 6.5)· 全天可见约 56,000 颗恒星(肉眼 ≈ 9,000)· 增益固定
尘埃与银河

尘埃消光来自一个平滑的银盘模型(银道面上每千光年 0.55 星等,标高 330 光年),而不是每片云的观测图:向 Bayestar 三维地图发出的查询没有得到响应。银河的弥漫光辉是一个光谱为 5,000 K 的盘模型;麦哲伦云、仙女座星系和 M33 是形状近似的随机粒子云。

尘埃:盘模型 · 河外星系:近似形状

宇宙背景辐射 05

没有纳入的部分

宇宙微波背景辐射只纳入了单极和运动学偶极:没有原初各向异性(量级 10⁻⁵)的地图,没有航程期间的宇宙学演化,也没有介质造成的散射。只有当峰值温度超过 300 K 时,才计算可见的光斑。屏幕上使用同样的固定曝光:转向时,船首为 19,652 K、217 W/m²,中心饱和为白色。

各向异性:未建模 · 计算阈值:300 K

鹰状星云 06

三维形状

创生之柱及周围星云的形状来自两张公开照片——ESO0926a(广角视场)和 Hubble heic1501a(创生之柱)——并与测得的恒星位置配准;深度则来自一个用于 3D 打印的参考网格(NASA/STScI),按轮廓缩放,再加上一些假设:气体发射位于创生之柱平面后方 15 光年的薄层中,星团恒星位于其后 3.2 光年的同一平面上,照片为科普所做的增强用指数为 2.4 的幂律还原。光谱学能约束速度、密度和创生之柱的相对几何,但不能约束这里采用的体积。

天空平面:来自照片 · 深度:假设
光

照明使用 NGC 6611 的八个恒星系统——星团中大约五百颗恒星里的八颗。气体发射采用 MUSE 在星云中某一点观测到的十五条光学谱线的比值,而不是一幅分布图;绝对亮度由单一的发射量确定,取的是一个偏高但合理的值。亮度标度、散射和各层的深度都是假设,也没有紫外和红外。

光的年龄

模拟显示的是照片中的创生之柱——这些光在被拍摄之前约 7,000 年离开那里。飞船在出发后约 7,000 年(地球时间)抵达,看到的是七年前发出的光:照片中的光与到达飞船的光之间相隔约 14,000 年,那一天真实的创生之柱已不是照片中的样子。按 MUSE 测得的蒸发速率(McLeod et al. 2015:每百万年约 70 个太阳质量的气体,寿命约三百万年),一万四千年对整体形状的改变不大;2007 年提出的“一颗超新星已经把它们摧毁”的说法至今仍未得到证实。

星云和恒星的演化:未建模

途中遭遇 07

行星

月球、火星、谷神星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星被放在飞船穿过各自轨道半径的位置,左右交替,距中心 1.5 个半径,以制造近距离飞越。任何真实的天体排列都做不到这一点:在通往 M16 的直线上,飞船不会靠近其中任何一个。光来自一个固定方向,而不是来自太阳,所以你看到的相位并不真实,行星上也没有多普勒颜色偏移。部分地图填补了未观测区域,谷神星使用虚构的纹理,木星的卫星位置固定,卡戎离冥王星比实际近约 20%,小行星带只有二十块岩石。

排列:虚构 · 相位:艺术处理 · 行星上的多普勒效应:未应用
行星环

土星环是合成材质,带有 C、B、A 环、卡西尼环缝和恩克环缝,位置接近真实半径。在天王星,七条环带、它们的宽度以及飞船穿过的缝隙都是电影化的选择:真实的环宽 1 到 10 km(ε 环可达 100 km),而场景中的环带宽达数百公里。

土星:边缘与真实值相差 ≤ 0.55% · 天王星:环带宽 400 至 1,500 km,真实的环宽 1 至 10 km
奥尔特云

一段船上时间 24 小时的布景航段在第 90 天、距太阳 2,000 AU 处开始:九组冰质天体,每组三个,直径 35 至 125 km,带月面纹理,与飞船最近相距 4,500 km。大小、位置、照明和出现频率都是为场景所做的选择,这些天体也没有呈现多普勒带来的颜色和亮度变化——在四分之一光速下,这已能让它们的亮度增至将近三倍。真实的奥尔特云是推断出来的,从未被观测到;其中大于 1 km 的天体彼此相距数十 AU,24 小时内从其中一个 10,000 km 以内经过的概率基本为零。位于 300 光年处、本地泡边缘的纤维状“墙”是另一种艺术表现:真实的本地泡是光学波段不可见的热气体,没有清晰的边缘。

天体:虚构 · 真实遭遇频率:≈ 0 · 天体上的多普勒效应:未应用

驾驶舱 08

图像

驾驶舱是一张由图像工具生成的单幅图像,上面叠加了计算出的光照层。真实的驾驶舱是三维的,会振动,有声音,有重量;这个驾驶舱四样都没有。仪表盘是为这次旅程发明的仪表,单位会自动切换量程,使指针永不停滞。

视场 78° · 声音、振动、重量:无
眼睛

没有眼睛的适应过程,也没有个人的视觉差异:舷窗是一台固定的相机,星虹和宇宙背景辐射的颜色是这台相机会记录下的颜色,不一定是一个人在黑暗中待了几分钟后、或在仪表盘亮着时所看到的颜色。反射、玻璃透射和显示器的光度校准都没有纳入。

传感器塔

船首的两座传感器塔是绘画,不是工程:没有任何结构计算能让这些桁架在 1 g 下立住。每个信标周围的四芒星模仿的是带四根支架的相机产生的衍射,四种颜色下大小相同;在真实光学中,衍射芒随波长增长,蓝色的会比红色的小约 30%。蓝色闪烁时比其他颜色亮 50%,好让眼睛觉得它们一样亮,因为人眼感受蓝光的感光细胞很少。

信标:每 4 s 亮 1.5 s · 颜色:4 种

声音 09

船上部门

Borealis Horizon 飞船、建造商铭牌、海岸基地以及在电台中讲话的部门都是虚构的。Borealis Dynamics 则不是:它是这项实验背后的公司。

船载电台

新闻条以及在其中轮流播报的声音——代表任务指挥部的 Borealis;来自合规与资产保全部的陈主任;来自运营支持与应急部的老张——都是角色,2,415 条台词中的每一条都是为这次航程撰写的。这些文本跟随航程中发生的事,但不预测现实世界的任何事情,也不引用任何真实人物的话。