女星、枪杀案与科研论文

2003年2月3日，时年41岁的美国B级片女星Lana Clarkson被发现死于近距离枪杀，这一悲剧发生在著名音乐制作人Phil Spector的加州豪宅中（注：B级片，与日常所说的美国电影分级制度无关，指的是低成本的商业电影，艺术电影不论成本高低都不能叫做B级片 ^[1-2]）。提及Phil Spector，可能现在知道的人不多，但在上世纪六七十年代，此君堪称风头最劲的音乐人之一，披头士乐队的著名专辑《Let It Be》就出自他手。

Lana Clarkson（左）与Phil Spector（右）。图片来源于网络

在法庭上，Spector的辩护团队声称Clarkson是死于自杀，他们也给出了证据——当时虽然Spector也在现场，但他的白夹克上只溅了18个微小的血点。而当一个人被子弹击中时，射入伤口通常会有鲜血沿着子弹飞行的反方向溅出，形成为法医学上所说的“回溅血迹（back spatter）”。这就意味着，如果是Spector近距离扣动了扳机，他身上的血迹应该要多得多。不过，显然这一说辞没有被法庭采信，最终Spector二级谋杀罪成立，被判19年监禁。^[3-5]

法庭上的Phil Spector（左）。图片来源于网络

看到这里，一般人除了唏嘘Clarkson的遭遇，可能就是挖一挖案件相关的八卦消息。不过，有一组研究者却从这一案件中看到了需要进一步研究的科学问题。伊利诺伊大学芝加哥分校的Alexander L. Yarin和爱荷华州立大学的James B. Michael等研究者在思考为什么该案中Spector的白夹克上没有大量的回溅血迹。传统上，法医学分析人员认为近距离内血液沿直线轨迹运动。但是现实环境非常复杂，重力和空气阻力等因素也在起作用。枪击造成的飞溅血滴到底是如何运动的呢？

回溅血迹与前溅血迹示意图。图片来源于网络

为了科学地回答这个问题，除了构建模型进行理论分析，他们还在室内射击场用一个充满猪血的泡沫腔模拟人体，并用高速摄像机拍摄了枪击所产生的血液喷溅过程。有人可能会觉得这样的研究有点血腥，让人毛骨悚然，但该团队的研究人员却并不介意，Michael说，“你把血液当成是一种普通的流体就好了，而研究这个过程所涉及的物理学其实很吸引人。”^[5]

该团队将实验结果与他们开发的流体动力学模型进行了比较。他们发现，将血滴受到的空气动力学阻力纳入分析，大大提高了该模型预测血液飞溅真实轨迹的能力。不过，这样的提高仍然不够，模型所模拟的飞溅轨迹与实验获得的飞溅轨迹并不完全匹配。问题在哪里呢？

一个偶然的机会，他们找到了突破口——他们发现射击时枪口喷出的气体似乎也与飞溅的血滴有相互作用。扣下扳机后，推动子弹前进的气体也会随着出膛的子弹从枪口高速喷出，形成湍流涡流环（turbulent vortex ring）。

子弹出膛瞬间。图片来源于网络

如果是近距离枪击，受害者的血滴遇到方向相反的涡流时，会被这种气流吹得偏到一边，或被吹的改变方向并顺着气流方向运动，如果涡流环足够强大，甚至还有可能会被完全吹回并最终落在受害者身后。这一结论得到了理论研究和实验结果的支持。从下图可以清楚看到，子弹击中模拟人体的瞬间喷出了大量血液，随后喷溅的血滴也明显与枪口喷气发生了相互作用，并被吹了回去。相关论文发表于Physics of Fluids杂志。

枪击造成的血液飞溅。图片来源：Nathaniel Sliefert / Iowa State University

这意味着，近距离枪击时，后溅血液的运行轨迹会被枪口喷气形成的强涡流环彻底改变，并会与前溅血液一起落在受害者的身后。如果开枪的人位置合适，他们的衣服就可能几乎不会沾上血迹。该团队还发现，枪口喷气还会打散飞溅的血滴，从而让枪击案现场的血迹分析更为复杂。

描述血滴与枪口喷气涡流环相互作用的坐标系。图片来源：Phys. Fluids

Yarin等人的理论和实验工作已经解释了为什么近距离枪击案的枪手身上可能没有血迹。不过，法医们要想用Yarin等人构建的模型来分析枪击案现场的血迹，从而还原犯罪过程，可能还有不短的一段路要走。

再回到本文开始提到的音乐人枪击女星案，Spector为什么要枪杀Clarkson一直是个谜，各方揣测不休。不过，今年1月，81岁高龄的Spector因新冠并发症死于狱中，将案件真相带进了坟墓。^[4]