計算機藝術中的星球

看到這幅圖，你能聯想到什麼嗎？有沒感到很像梵高的畫作《星夜》或者《羅納河上的星夜》呢？

圖1 星夜

圖 2 羅納河上的星夜

這只是下面圖中的一部分。

圖 3 視頻《永恆洋流》截圖

上圖顯示的是採用計算機3D技術模擬全球洋流的模型。該模型來自NASAJPL和MIT的聯合項目PhaseII或稱為ECCO2（Estimatingthe Circulation and Climate of the Ocean）。ECCO2將全球海洋、海上冰川的衛星和定點數據以及MIT生成的循環模型(MITgcm)結合在一起，繪製出讓人驚嘆的作品。洋流對全球溫度的平衡至關重要，全球的氣候、生活、生產都受到洋流的影響。ECCO2提供大洋各個深度的洋流，但只有表層的洋流在影片中顯示。畫面中的洋流不斷的盤旋蜿蜒，配上海藍色的背景，讓人感嘆自然的奇妙。

梵高作為藝術家以直覺和靈感表達他眼中的世界之美；科學家們採用實驗數據和計算機模擬呈現出自然之奇，藝術和科學在這裡相互契合。下圖是數碼概念藝術家AlexRuiz用photoshop合成的梵高創作星夜的場景圖。

圖 4 Alex Ruiz用photoshop合成的梵高創作星夜的場景圖

下面是ECCO2提供的完整視頻。該視頻顯示了2005年7月到2007年12月的世界海洋表面洋流。該視頻在SIGGRAPH（SpecialInterest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques ，計算機圖形圖像特別興趣小組，計算機協會ACM的一個機構）組織的2012年亞洲計算機動畫節上展示。

但這個視頻只包含了洋流的運動，也沒有旁白。

下面再給出一個4分鐘的短視頻，該視頻中的洋流和大氣運動表現的更為逼真、震撼，不光有洋流的模擬還有大氣運動的模擬。

視頻為我們講述了地球是如何抵禦太陽風，並利用洋流、大氣運動平衡全球溫度的。該視頻在2014年被國家科學基金（NationalScience Foundation ，NSF）和《科學》期刊推選為2013年NSF國際科學與工程可視化挑戰賽視頻組的冠軍。該短片將作為2014年《科學》特別單元的頭條，在ScienceMag.org和 NSF.gov上發布。並作為JacksonHole Wildlife電影節科學媒體獎的最終角逐者。

這裡我們為原視頻添加了中英文字幕，方便大家觀賞。

為了方便沒有WiFi的朋友，這裡先放出幾幅視頻中的截圖。

圖5 太陽風暴襲擊金星

圖6 地球的大氣循環

圖7 墨西哥灣洋流

圖8 海面下的洋流

What safeguards our solar system... is ourstar.

太陽星系系統的保衛者是我們的恆星太陽。

The sun provides a shield, stretchingbeyond the last planet in its orbit: a force field that deflects these"cosmic rays."

太陽提供了一面盾牌，用它的引力場使許多宇宙射線偏斜，將之外的行星拽在它的軌道上。

But these "solar winds" can bedangerous too, especially during outbursts called coronal mass ejections.

但太陽風也是危險的，尤其是突然爆發的時候，也就是所謂的日冕物質拋射。

Want a vision of earth gone wrong?

想要知道如果地球被太陽風玩壞了會怎樣。

Just look at what solar storms do oursister planet, Venus.

不妨看看太陽風暴下我們的姊妹星金星是什麼樣子的。

They strip away lighter elements in itsupper atmosphere, hydrogen, oxygen and the molecule they form: water.

太陽風剝去了她上層大氣的較輕的元素，氫、氧以及它們的分子形式：水（H2O）。

What"s left is a witch"s brew of noxiouschemicals including thick sulfurous clouds.

留下的只有厚厚的像女巫釀造的劇毒化學物質——亞硫酸雲。

How has Earth avoided the grim fate ofVenus?

地球是如何躲開像金星那樣悲催命運的呢？

We can see the answer as the solar stormapproaches Earth.

讓我們看看太陽風暴接近地球時發生了什麼吧。

Our planet has a protective shield all it"sown-- A powerful magnetic field generated deep within its core.

我們的星球自帶護盾——一個由其深處內核生成的強大磁場。

In fact, that"s just our first line ofdefense.

事實上，這只是我們的第一道防線。

Much of the solar energy that gets throughis reflected back to space by clouds, ice, and snow.

大部分穿透磁場的太陽的能量都被雲層、冰雪反射回外太空。

The energy that Earth absorbs is justenough to power a remarkable planetary engine: the climate.

地球吸收的能量已經足夠驅動那非凡的星球引擎：氣候。

It"s set in motion by the unevenness ofsolar heating, due in part to the cycles of day and night, and the seasons thatcause warm tropical winds to blow toward the poles and cold polar air towardthe equator.

地球上氣候運動是因為太陽的加熱不均。這種不均，部分是因為地球的晝夜交替，而且四季的變化使得熱帶溫暖的風吹向極地，而極地的冷空氣向赤道運動。

Wind currents drive surface ocean currents.

風的流動驅動著大洋表面的洋流。

This computer simulation shows the GulfStream winding its way along the coast of North America.

計算機模擬顯示了墨西哥灣流沿著北美的海岸線蜿蜒。

This great ocean river carries enough heatenergy to power the industrial world a hundred times over.

這條海洋上的大河攜帶的熱量超過工業世界的幾百倍。

It breaks down in massive world pools thatspread warm tropical waters over northern seas.

它分解成了大量世界池，將溫暖的熱帶海水傳播到北部的海域。

Below the surface they mix with cold deepcurrents that swirl around under sea ledges and mountains.

在海面下它們和沿著海底峭壁、山脈打旋兒的深層的冷洋流混合

Earth"s climate engine has countless moving parts: tides and terrain,cross winds and currents-- all working to equalize temperatures around theglobe.

地球的氣候引擎有著數不清的運動著的組件：潮汐和地勢，側風和氣流。這些組件都在為了平衡全球的溫度而工作著。

編者、字幕翻譯、素材提供、壓制：宋金偉 中國科學院國家空間科學中心 空間綜合電子技術研究室