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                    第23期:太空探索的道路充滿挑戰 從影片《火星救援》談移民火星

                    第23期:太空探索的道路充滿挑戰 從影片《火星救援》談移民火星 0:00/0:00
                    最新發布時間: 2020-09-04   瀏覽數:
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                      本專欄面向科普工作者和社會公眾常年征稿(點擊“投稿說明”查看詳情),征稿郵箱:zhaozheng@cstm.org.cn 。
                    太空探索;充滿挑戰;火星救援

                      7月23日,隨著“胖五”(長征五號運載火箭)點火升空,倍受全球矚目的中國首次火星探測任務“天問一號”正式啟程。預計約7個月后,“天問一號”火星探測器將抵達火星附近,進入環火軌道,并擇機著陸火星。

                      “天問一號”在社會上掀起了“火星熱”,也使2015年上映的一部美國科幻電影《火星救援》再次進入人們視野。

                      影片發生時間設定在2030年,幾名宇航員首次登陸火星,卻遭遇了火星大風暴,其中宇航員馬克·沃特尼被誤認為遇難,留在了火星上。馬克其實并沒有死,醒來時發現自己成了“火星魯濱遜”,要面對如何在火星自救這個艱難命題。樂觀堅強的馬克開始絕地求生,在火星上開啟了自給自足的農夫生涯,想盡辦法發出求救信號,終于聯系上地球總部。在歷經549個火星太陽日后,馬克安全回到了地球。

                      影片中對火星的探索設想并非完全虛構,擁有強烈好奇心和探索欲的人類早已將目光放在了這個除金星之外離地球最近的行星。

                      在科學家們眼中,火星是一個非常有潛力的移民基地,這源于火星自身的條件特征?;鹦桥c地球在某些方面很像,半徑約為地球一半,表面積相當于地球的陸地面積,具有和地球差不多的自轉,一年相當于地球上兩年,也有分明的四季?;鹦沁€有稀薄的大氣,95%是二氧化碳,氧氣只占很少一部分。近年來,人類接連發現火星上存在液態水的證據,2018年美國宇航局更是宣布在火星上發現有機物存在的確切證據。這樣的自然狀態雖然并不適合人類居住,但與其他星球相比,已是“可造之材”。

                      若想移民火星,登陸火星是第一步,怎么才能到達這顆紅色星球呢?火星距離地球最近時約5500萬公里,但是走直線上去是行不通的,因為以人類目前所掌握的技術還造不出有那么強大推力的火箭,要巧妙利用太空中其他能量來加速航天器,這就要用到“引力彈弓效應”。這是航天器進行行星際飛行常用的方法,指利用行星的重力場給航天器加速,把行星的動能“偷”一點過來,將航天器甩向下一個目標。在影片中,地面中心的科學家們就是利用“引力彈弓效應”對飛船進行變軌加速,才使其利用有限的燃料重返火星,成功營救馬克。

                      登陸火星后,首先就要建立火星基地。影片中,馬克生活的居住艙并不是虛構的,它的原型是美國宇航局的“人類探索研究模擬裝置”,看起來有點像高端“大棚”,它能夠提供適宜人類生存的環境。未來火星基地也要建立類似的“大棚”,以防止人類被輻射死、憋死、凍死、或者砸死…….

                      持續穩定的氧氣供應同樣是移民火星的重要基礎?;鹦巧洗嬖诖罅垦趸F等氧化物質,理論上可以還原出大量氧氣。在影片中,馬克在他的居住艙中使用的氧合機就是一種利用電力把二氧化碳變成氧氣的裝置??茖W家們目前正在研究火星氧氣生成技術,在火星上制造氧氣或成現實。

                      解決了呼吸問題,下一步就是找到生命之源——水。影片中,馬克利用剩下的液態聯氨(常用火箭燃料)分解成氮氣和氫氣,并小心地燃燒氫氣獲得水。實際上,在影片即將上映之際,人們就已經發現了火星上存在液態水的證據:2015年,通過光譜數據,科學家們推斷火星上存在液態水;2018年,在火星中緯地區發現大量地下水冰,后來在南極冰蓋下面發現可能存在鹽水湖。雖然目前來看,利用火星上的水資源還有困難,但是存在便有希望。

                      影片中,馬克在火星基地里制氧造水種土豆,建立起一個可以支撐數年的小生態系統,完成食物和排泄物之間的循環。實際上,火星土壤和地球土壤有很大差別,甚至是有毒的,但是一些科學家還是報以樂觀態度,認為以現在的技術對火星土壤進行改良,讓其能夠支持更多植物的生存并不是難事。

                      人類移民火星的夢想不是一蹴而就的,盡管目前看來困難重重,但這并不意味著永遠不行??萍疾粩喟l展,宇宙中會有更多的不可能變為可能。

                      探索火星的道路將充滿挑戰,但這種探索和冒險精神,才是人類社會蓬勃發展的原生動力。

                    (作者:劉媛媛 中國科技館資源管理部工程師)

                    (專欄編輯:趙錚 李競萌)

                    太空探索;充滿挑戰;火星救援

                    (本文轉載自:《科普時報》2020-7-31(第2版)“媒眼看世界”欄目)


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