看到这幅图,你能联想到什么吗?有没感到很像梵高的画作《星夜》或者《罗纳河上的星夜》呢?这只是下面图中的一部分。上图显示的是采用计算机3D技术模拟全球洋流的模型。该模型来自NASA JPL和MIT的联合项目Phase II或称为ECCO2(Estimating the Circulation and Climate of the Ocean)。
ECCO2将全球海洋、海上冰川的卫星和定点数据以及MIT生成的循环模型(MITgcm)结合在一起,绘制出让人惊叹的作品。洋流对全球温度的平衡至关重要,全球的气候、生活、生产都受到洋流的影响。画面中的洋流不断的盘旋蜿蜒,配上海蓝色的背景,让人感叹自然的奇妙。梵高作为艺术家以直觉和灵感表达他眼中的世界之美;科学家们采用实验数据和计算机仿真呈现出自然之奇,艺术和科学在这里相互契合。
下图是数码概念艺术家Alex Ruiz用photoshop合成的梵高创作星夜的场景图。下面是ECCO2提供的完整视频。该视频显示了2005年7月到2007年12月的世界海洋表面洋流。
该视频在SIGGRAPH(Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques,计算机图形图像特别兴趣小组,计算机协会ACM的一个机构)组织的2012年亚洲计算机动画节上展示。但这个视频只包含了洋流的运动,也没有旁白。
下面再给出一个4分钟的短视频,该视频中的洋流和大气运动表现的更为逼真、震撼,不光有洋流的模拟还有大气运动的模拟。视频为我们讲述了地球是如何抵御太阳风,并利用洋流、大气运动平衡全球温度的。该视频在2014年被国家科学基金(National Science Foundation,NSF)和《科学》期刊推选为2013年NSF国际科学与工程可视化挑战赛视频组的冠军。
该短片将作为2014年《科学》特别单元的头条,在ScienceMag.org和NSF.gov上发布。并作为Jackson Hole Wildlife电影节科学媒体奖的最终角逐者。这里我们为原视频添加了中英文字幕,方便大家观赏。为了方便没有WiFi的朋友,这里先放出几幅视频中的截图。附录:短片《动态地球》字幕。太阳星系系统的保卫者是我们的恒星太阳。
太阳提供了一面盾牌,用它的引力场使许多宇宙射线偏斜,将之外的行星拽在它的轨道上。但太阳风也是危险的,尤其是突然爆发的时候,也就是所谓的日冕物质抛射。想要知道如果地球被太阳风玩坏了会怎样。不妨看看太阳风暴下我们的姊妹星金星是什么样子的。太阳风剥去了她上层大气的较轻的元素,氢、氧以及它们的分子形式:水(H2O)。留下的只有厚厚的像女巫酿造的剧毒化学物质——亚硫酸云。
地球是如何躲开像金星那样悲催命运的呢?让我们看看太阳风暴接近地球时发生了什么吧。我们的星球自带护盾——一个由其深处内核生成的强大磁场。事实上,这只是我们的第一道防线。大部分穿透磁场的太阳的能量都被云层、冰雪反射回外太空。地球吸收的能量已经足够驱动那非凡的星球引擎:气候。地球上气候运动是因为太阳的加热不均。
这种不均,部分是因为地球的昼夜交替,而且四季的变化使得热带温暖的风吹向极地,而极地的冷空气向赤道运动。风的流动驱动着大洋表面的洋流。计算机仿真显示了墨西哥湾流沿着北美的海岸线蜿蜒。这条海洋上的大河携带的热量超过工业世界的几百倍。它分解成了大量世界池,将温暖的热带海水传播到北部的海域。在海面下它们和沿着海底峭壁、山脉打旋儿的深层的冷洋流混合。
地球的气候引擎有着数不清的运动着的组件:潮汐和地势,侧风和气流。这些组件都在为了平衡全球的温度而工作着。