Сколько рендерили черную дыру в интерстелларе

Как черную дыру изображали в кино

Вчера были опубликованы первые фотографии черной дыры – сверхмассивного коллапсара, находящегося в галактике Messier 87. Чтобы получить этот снимок, европейским ученым понадобилось задействовать сеть из восьми телескопов, расположенных на разных континентах. В честь такого события мы решили вспомнить, как с годами фильмейкеры изображали эту самую черную дыру в своих фильмах

11.04.2019 Текст: Катя Карслиди

Сай-фай, который сегодня выглядит скорее как пародия на «Звездные войны», рассказывает историю о команде космического экспедиционного корабля «Паломино», отправившейся на поиски неизведанных миров. Во время миссии команда обнаруживает космический шаттл, который вращается в опасной близости к черной дыре. На шаттле обнаружили прототип Дарта Вейдера – капитана Ганса Рейнхардта в стеклянном шлеме – и его многочисленных робопомощников. За 20 лет Рейнхардт подготовил свой корабль к проходу сквозь черную дыру, поскольку считал, что по ту сторону можно обнаружить множество неизведанных миров. Команду «Паломино» история увлекает, вот только позже им предстоит узнать, что Ганс Рейнхардт давно сошел с ума, а его робопомощники – это спятившие члены бывшего экипажа корабля «Лебедь». В конце 70-х фильм был номинирован на две премии «Оскар» за лучшие визуальные эффекты и операторскую работу, а также на тот момент «Черная дыра» стала самым дорогим проектом студии Disney.

Мы решили включить в подборку знаменитый документальный фильм о жизни и научной деятельности легендарного физика Стивена Хокинга, основанный на его же одноименном бестселлере. В ленте уделяется внимание не только научным теориям Хокинга, но и личности и повседневной жизни самого автора. «Краткая история времени» не совсем экранизация, в документальной ленте полно интервью с родственниками и женой Хокинга, сокурсниками, преподавателями, коллегами и учениками. Но, несмотря на все это, из ленты можно извлечь много полезной информации о чёрных дырах, природе пространства и времени. Это если вдруг вам лень читать книгу.

В 2047 году спасательный экипаж «Льюис и Кларк» получает сигнал бедствия с космического корабля, пропавшего много лет назад. По прибытии спасательная команда обнаруживает, что шаттл, подающий сигнал, – это секретный правительственный проект, занимающийся разработкой перелётов со сверхсветовой скоростью. Им удалось создать искусственную чёрную дыру и использовать её энергию для искривления пространства-времени таким образом, чтобы начальная и конечная точки путешествия наложились друг на друга: кораблю остается пройти через образовавшийся пространственный туннель. В теории все звучит отлично, но на деле у испытателей силы карманной черной дыры начинаются серьезные проблемы. С этих пор можно начинать делать ставки на то, кто же вернется на Землю живым.

Полюбившейся многим сай-фай Кристофера Нолана в своем изображении черной дыры подобрался как можно ближе к истине, поскольку сценарий писался вместе со знаменитым американским физиком Кипом Торном. Сюжет разворачивается в недалеком будущем. Когда ресурсы нашей планеты были исчерпаны и она стала непригодной для жизни, трое исследователей отправляются сквозь червоточину, по ту сторону которой исследователи обнаружили несколько звёздных систем. В своей экспедиции они должны будут найти новую планету для жизни. Миссия проходила в рамках строгой секретности, а команда шла на большие риски, экспедиции могли посылать сигналы на Землю только в одну сторону и только раз в год. Из-за замедления времени экспедиция может оказаться очень продолжительной по времени Земли. Если все пройдет удачно, то людей начнут переселять в новый мир, если нет, то на один из миров по ту сторону червоточины отправится ограниченная группа людей и запас замороженных оплодотворённых яйцеклеток с целью основания колонии.

Новый фильм француженки Клер Дени вышел как нельзя кстати. Ведь ее изображение черной дыры в фильме очень похоже на ту самую фотографию, которую вчера презентовали европейские ученые. Инстаграм-аккаунт студии А24 даже опубликовал кадр из фильма для сравнения.

По сюжету команда преступников, приговоренных к пожизненному заключению, которым был дан второй шанс в жизни, отправится за пределы Солнечной системы в поисках черной дыры. Их предводительница, космическая ведьма, грезит об искусственном создании новой жизни на борту. Окончательно попрощавшись с рассудком, она вживляет семя главного героя по имени Монте одной из заключенных, в результате чего рождается здоровый ребенок, с которым Монте и суждено долететь до черной дыры.

Оригинальная чёрная дыра для «Интерстеллар» была слишком сложной

Одна из многих причин, почему «Интерстеллар» — такой замечательный фильм, заключается в том, что в фильме использованы подлинные научные уравнения. Они показывают нам, что происходит в непосредственной близости от чёрной дыры. Но, как и актёры перед камерой, чёрная дыра в фильме также оказалась слегка. загримирована, чтобы стать более презентабельной для большого экрана.

«Интерстеллар», если вы не знаете, — это космическая эпопея Кристофера Нолана. Это красиво и эпично… Это стоит увидеть хотя бы раз.

Посмотрите на изначальный рассчитанный вариант:

Статья, опубликованная в журнале «Классическая и квантовая гравитация» командой мастеров по визуальным эффектам фильма и её научным консультантом, объясняет, что оригинальная чёрная дыра, изображённая выше, созданная уравнениями, была сочтена слишком запутанной для кинозрителей. В конце концов, наука немного смягчилась, чтобы стать ближе к людям.

Кип Торн из Калифорнийского технологического института, учёный, который работал с лондонской студией визуальных эффектов Double Negative над чёрной дырой фильма, говорит о том, как команда использовала уравнения общей теории относительности Альберта Эйнштейна для моделирования чёрной дыры с некоторыми изменениями.

Команда моделировала чёрную дыру, используя пучки световых лучей, а не отдельные лучи. Это позволило избежать мерцающих разрывов, сглаживая общий вид чёрной дыры — и, предположительно, делая кинематографический эффект более интересным.

Аккреционный диск (кольцо материи, окружающее дыру) показан как деформирующий форму чёрной дыры. Оказывается, это было сделано потому, что чёрная дыра должна была в фильме быстро вращаться. Асимметрия заставила всё это выглядеть довольно запутанным, поэтому команда замедлила скорость вращения, сделав всё более симметричным и приятным для зрителей.

Наконец, одна причуда была в значительной степени результатом вкуса. Многие элементы моделирования были добавлены итеративно (с многократным повторением), чтобы сделать чёрную дыру более реалистичной. Когда дело дошло до включения эффекта Доплера — коррекции света частотными сдвигами, вызванными чёрной дырой — всё стало темнее и синее. Но творческая команда, работающая над фильмом, отдала предпочтение более ранним версиям, которые не включали доплеровские поправки, поэтому чёрная дыра получилась более красная, чем это было бы в реальной жизни.

Последняя черная дыра, созданная для фильма (на картинке ниже), явно отличается от той, что была показана в верхней части страницы, которая была посчитана слишком запутанной и не очень эффектной. Так что, конечно, чисто научный фильм выглядел бы иначе. Но это был Голливуд, и эстетика здесь очень важна. Результаты, возможно, не были на 100 процентов точными — но они выглядели замечательно.

Это своего рода творчество с наукой, которое можно простить и не критиковать за некоторые вольности и отступления. При создании фильма они знали науку, они работали с наукой, а затем они изменили её ровно настолько, насколько это было необходимо, чтобы сделать нечто более эффектное для истории фильма и для нас с вами.

Это было такое изменение, которое позволило полностью сохранить правильное ощущение науки, даже если и появились некоторые незначительные неточности. Это всё в пределах правил, когда ты знаешь, что нарушение может сойти тебе с рук. Мы же, как зрители, по-настоящему насладились потрясающими, эффектными видами чёрной дыры, которую всегда так. хотелось рассмотреть!

Как снимали «Интерстеллар»

oKino.ua рассказывает о съемках одного из самых технически сложных и визуально впечатляющих фильмов года — «Интерстелларе». На производство фильма было потрачено $165 млн, причем потрачено не зря: кассовые сборы картины по всему миру уже втрое окупили указанный бюджет.

Работавшие над «Интерстелларом» отмечали фанатичный энтузиазм режиссер Кристофер Нолана. Он ничего не делал вполсилы и умел заразить своим рвением других. Джессика Честейн, сыгравшая дочку главного , например, вспоминала, что во время съемок у нее было чувство, что просто очень не хочется расстраивать Нолана, потому она не могла позволить себе капризничать или отказываться от работы.

Непосредственно съемки «Интерстеллара» заняли четыре месяца. При этом Кристофер Нолан любит работать быстро. Стандартный съемочный день у него длился 12 часов: с 7 утра до 7 вечера с перерывом на ланч. Режиссер практически не отвлекался от работы и, если его мучила жажда, то доставал флягу с чаем из кармана, не отрывая взгляд от происходящего на площадке. Окружающие не сразу узнали, что содержится в фляге, и актера Майкл Кейн (профессор Брэнд) однажды даже спросил у Нолана: «Там что, водка?».

Показателен такой случай со съемок. Пейзажи для одной из планет, где высаживаются герои, были найдены в Исландии. Туда весной 2013 года Кристофер Нолан поехал на разведку вместе с командой. В то место, где режиссер рассчитывал найти подходящую ледяную поверхность, было невозможно проехать на авто. Нолану и его товарищам пришлось километров пройти пешком. Пока они не обнаружили озеро, центр которого обледенел. Все стояли и смотрели на водоем, как Нолан вдруг разулся, снял носки и зашел в воду. Его команда минуту помедлила и последовала примеру режиссера, мало что понимая. Оказалось, что режиссер хотел ближе рассмотреть льдину, которая в итоге так и не подошла для съемок. Но ноги у съемочной группы были промочены.

Секретность, в условиях которой готовился «Интерстеллар» стала притчей во языцех. Не всем актерам было разрешено оставить у себя сценарий после ознакомительного прочтения. Кейну, напротив, оставили распечатки, но на каждой странице было напечатано его имя, чтобы в случае утечки текста, можно было понять, с чъего экземпляра сделали копию.

Сотрудничество съемочной группы с астрофизиком Кипом Торном заключалось не просто в советах, что верно с точки зрения науки, а что нет. Супервайзер по визуальным эффектам Пол Франклин запросил у ученого информацию о том, где и как искривляется свет, как могут выглядеть черные дыры и пространство вокруг них и так далее. Торн прислали много страниц разъяснений с кучей формул Формулы в частности понадобились, чтобы ввести необходимые параметры в программы для создания визуальных эффектов. Когда дизайнеры рисовали аккреционный диск, то введя параметры, данные Торпом, сначала решили, что в программе рендеринга была ошибка: свечение искривилось. Но когда готовую работу увидел ученый, он был поражен, насколько наглядно и точно согласно его расчетам дизайнеры изобразили черную дыру: диск и должен был искривляться искривления пространства возле черной дыры.

Задача дизайнеров от помощи Кипа Торпа все равно не упростилась. Отдельные кадры «Интерстеллара» приходилось рендерить (получать изображение после обработки) по 100 часов. Вес видеофайла с готовым «Интерстелларом» в итоге достиг 800 терабайтов.

В «Интерстелларе» есть очень странный по дизайну — ТАРС. Он выглядит как темный параллелепипед, у которого могут выдвигаться части блока (так называемые «пальцы» ТАРСа, их всего четыре), позволяя роботу двигаться и обретать другую форму. Когда Нолан готовил фильм, он захотел показать модель ТАРСа своим детям. Ребятня была крайне разочарована: «Это же не робот, это коробка». Но когда режиссер оставил детей поиграть с роботом, то заметил, что вскоре они пришли в восторг, открывая разные панели, двигая элементы блока

Внешним обликом ТАРСа Нолан занимался вместе с Нэйтаном Кроули. В фильме мы видим, как робот может принимать три формы (кроме обычного монолитного состояния). Но изначально для него были придуманы еще два положения. Для съемок были сконструированы восемь роботов, и процентов 80 кадров с ТАРСом сняты вживую, а не нарисованы на компьютере.

Вес робота достигал 90 кг. Каркас его был сделан из алюминия, корпус — пластины из нержавеющей стали. Чтобы сделать одного ТАРСа, у команды специалистов по спецэффектам уходило шесть недель и $20 тыс. Но если бы такой робот существовал в действительности, то цена его была бы гораздо дороже.

Несмотря на затраченные усилия на создание робота, он оказался неидеальным. Например, во время съемок в Исландии (местность там «сыграла роль» планеты с большими волнами) два ТАРСа просто заржавели в воде. Кстати, человеку, отвечавшему за контроль над роботами, также пришлось торчать в ледяной воде все время, пока делали кадры с роботом.

Работая над трилогией о Темном рыцаре, Нолан слепил модель бэтмобиля с помощью детского набора для творчества и так представил свое видение дизайнерам. Чтобы создать космические корабли для «Интерстеллара», пластилин уже не понадобился, но миниатюрные модели, все, же были сделаны. На маленьких моделях можно было проверить, как будет падать свет на корабли в фильме и другие физические особенности.

Корабль «Эндьюренс» был продуман досконально. Выглядит он как диск диаметром с современный космический шаттл. Диск вращается 5 раз в минуту, создавая искусственную гравитацию для пассажиров. «Эндьюранс» задуман так, что может использоваться и как станция на случай, если космонавты останутся на другой планете. К кораблю прикреплены еще четыре дополнительных транспорта — для высадки при разных условиях. Так называемые «лэндеры» перевозят тяжелые грузы с «Эндьюренса» на поверхность планеты, а «рейнджеры» могут быстро перемещаться для разведки территорий.

«Интерстеллар» был снят в формате IMAX (на пленку шириной 70 мм) и на стандартную пленку 35 мм. Причем первым способом было сделано около часа конечного хронометража фильма. Что интересно, Нолан решил, что все кадры можно снять одной камерой, а не несколькими одновременно, как это часто делается. Казалось бы, так удобнее для оператора, в первую очередь. На деле же, пыткой было снимать на — она была ручная и невероятно тяжелая.

Готовый фильм «Интерстеллар» длится чуть меньше трех часов, но он не идеален для Нолана. Потому в мае следующего года выйдет режиссерская версия картины. Правда, неизвестно, расставит ли этот вариант все точки над «і» в долгих дискуссиях о продуманности «Интерстеллара».

14 научных фактов из фильма «Интерстеллар»

Блокбастер «Интерстеллар», ставший одним из лидеров мирового проката, стал поводом для многочисленных дискуссий среди специалистов и просто любителей научной фантастики: достаточно ли точно реальность, показанная в фильме, соответствует научным данным?

Известно, что научным консультантом фильма стал физик-теоретик Кип Торн, профессор Калифорнийского технологического института и близкий приятель Стивена Хокинга. Профессор Торн даже написал книгу «Наука Интерстеллара», в которой описал некоторые моменты фильма, интересные ученым.

Но в «Интерстелларе» есть более простые сюжеты, при взгляде на которые хочется сказать: «Эй, а так бывает?» В этом обзоре интернет-журнала qwrt.ru собраны 14 фактов, которые вызывают интерес не только у физиков.

Дрон на солнечных батареях, который работает в течение десятилетий

Подобное устройство может быть создано. Марсоход Opportunity, к примеру, передвигался по поверхности Марса более 10 лет, заряжаясь от солнечной энергии. Но вот возможность Купера взломать его кажется менее вероятной — разве все правительства мира используют одну и ту же программу наведения, доступ к которой обеспечивается через Wi-Fi.

Вердикт: правдоподобно.

Черная дыра, которая выглядит вот так

Сверхмассивные черные дыры относятся к достаточно распространенным небесным телам в нашей Вселенной. Одна из них находится в центре нашей галактики — Млечного пути, да и почти все галактики имеют своим центром черные дыры. Симуляцию черной дыры для фильма делала группа университетских ученых под руководство Кипа Торна.

Свет, огибающий дыру, показан не случайно. Черная дыра своей гравитацией заставляет лучи света изгибаться, так что непосредственно рядом с ней образуется «кольцо Эйнштейна». При приближении к дыре мы, скорее всего, действительно увидели бы свет вокруг нее, а также аккреционный диск материи, поглощаемой черной дырой.

Вердикт: правдоподобно.

Искусственная кротовая нора, выглядящая вот так

Кротовая нора или червоточина — это туннель, позволяющий проходить сквозь пространство и время в другие части вселенной. Общая теория относительности допускает их существование.

Но нужно понимать, что создать червоточину без изменений в наших базовых представлениях о физике невозможно. В частности, придется использовать материю с отрицательной массой, которую сложно даже представить себе. Кип Торн является одним из лучших в мире специалистов по червоточинам, так что его догадки могут быть сочтены самым достоверным источником по этой теме. В то же время, мы многого не знаем. Не разорвет ли измененная структура пространства-времени космический корабль?

Вердикт: правдоподобно (для теории).

На планете, вращающейся вокруг черной дыры, замедляется время

Гравитация вблизи массивных объектов искажает не только пространство, но и время. Если бы у нас были достаточно точные измерительные приборы, мы бы замечали, что время на поверхности Земли течет чуть-чуть медленнее, чем на высокой башне. Если бы планета вращалась вокруг черной дыры так близко и не разрушилась бы на части (мы вернемся к этому позднее), то, возможно, время шло бы на ней так медленно, как это показано в фильме.

Но зоны, за пределами которой замедление времени внезапно прекращало действовать, не могло бы существовать. Действие гравитации исчезало бы постепенно.

Вердикт: правдоподобно.

Путешествие к Сатурну занимает два года

Это возможно, хотя и не с сегодняшними технологиями. Космический корабль New Horizons достиг орбиты Сатурна за два года, но у него не было цели достичь поверхности планеты. Путешествие в два года было бы возможным, если бы Endurance был разработан специально для отправки в червоточину по точно выверенному курсу, в противном случае для этого потребовались бы слишком продвинутые технологии.

Вердикт: возможно, но не при сегодняшнем уровне технологии.

Планета вращается вокруг черной дыры

Это кажется маловероятным. Предположим, планета быстро вращается вокруг черной дыры, чья масса в сто раз превышает массу Солнца. Она будет очень быстро разорвана приливной силой — разностью гравитации на внешней и внутренней сторонах планеты.

Кроме того, такая планета была бы выжжена радиацией и страдала бы от столкновений с другими телами, притягиваемыми черной дырой. Образоваться вблизи черной дыры планета не могла, а если бы и была притянута ей, не вращалась бы по стабильной орбите. Нужно помнить и о том, что солнечного света на ней не было бы — аккреционный диск производит большое количество рентгеновского излучения, но не света.

И, наконец, если бы такая планета существовала, посадка и взлет космического корабля были бы практически невозможны. Посадка с орбиты планеты потребовала бы преодолеть притяжение черной дыры — корабль просто сорвало бы с нее и бросило за горизонт событий, в центр дыры. Чтобы взлететь, нужно было бы развить скорость, близкую к скорости света.

Вердикт: практически невозможно.

На этой планете огромные волны

Если масса планеты составляет 130 процентов от земной и ее поверхность покрыта водой, волны от ветра будут не больше, чем волны в земных океанах. Цунами появляются только в результате тектонической активности и не могут быть регулярными. Сила притяжения черной дыры тоже не объясняет их: черная дыра растягивала бы в стороны саму планету.

В книге «Наука Интерстеллара» Кип Торн говорит, что волны возникают из-за передвижений самой планеты. Но мы не видим течений в фильме — так откуда же появляется дополнительное количество воды?

Вердикт: маловероятно, как и существование самой планеты.

Таинственное «уравнение гравитации»

Прежде всего, неясно о каких именно уравнениях идет речь. Уравнения общей теории относительности уже известны, так что это не могут быть они. Скорее всего имеется в виду объяснение гравитации через квантовую механику, которое пытаются дать теория струн и петлевая квантовая теория гравитации. Как минимум, для этого объяснения потребуется множество уравнений.

Что касается способа, которым его решает профессор Бранд: теоретическая физика делается иначе. Нельзя сидеть несколько лет и делать записи на листочке. Почему бы ему не пообщаться с коллегами, работающими в этом же направлении? Где его аспиранты? Почему у него нет стажеров и учеников? Одинокий ученый — распространенный, но неверный стереотип.

Вердикт: надуманно.

Нет планов по высадке на другие планеты

Космические путешествия не совершаются внезапно. В реальной жизни все случайности, которые могут встретиться на пути космической миссии, были бы предусмотрены еще до отправки к Сатурну. Да, при отправке была спешка, но у них было два года в космическом корабле и возможность консультироваться с земными учеными.

Вердикт: плохо продумано.

У Вселенной есть пятое измерение

Если бы у мира было дополнительное измерение, вполне возможно, что гравитация была бы обусловлена им. При его помощи можно было бы объяснить путешествия во времени. Но у нас нет никаких доказательств наличия других измерений.

Вердикт: слишком умозрительно.

Замерзшие облака планеты

Лед слишком тяжелый, чтобы стать материалом для облака. И Кип Торн это знает. В интервью журналу Science он сказал: «Каждый раз, когда я смотрю фильм, это единственное место, где я поеживаюсь».

Вердикт: мило, но невозможно.

Сбор «квантовых данных» из черной дыры

Все, что будет находиться достаточно близко к черной дыре, будет уничтожено и превратится в своеобразные спагетти («эффект спагеттификации»). Получить квантовые данные? Нет. Это черная дыра.

Вердикт: а вот и причина отправить главного героя в черную дыру.

Кто-то прыгает в черную дыру.

Плохой план. Очень плохой. Во-первых, спагеттификация. Во-вторых, никакой связи. Все, что находится за горизонтом событий, двигается в одном направлении — точке сингулярности.

Вердикт: действительно плохая идея.

… и попадает в место, которое находится не в черной дыре

Строго говоря, общая теория относительности допускает, что после попадания в черную дыру, вы можете оказаться где-то еще (но путешествие точно будет неприятным). И могут существовать могущественные инопланетяне, подчинившие себе силу гравитации.

Вердикт: прежде, чем прыгать, договоритесь с инопланетянами.