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2012年1月15日(良心科普:《火星救援》里的科学)
火星,探测器,轨道2012年1月15日(良心科普:《火星救援》里的科学)
发布时间:2020-12-06加入收藏来源:互联网点击:
火星行走
马克·瓦特尼经常要穿着宇航服在火星上走来走去,从事各项工作。但这里其实有两个漏洞。
图片:现实中,火星行走不会如此“正常”
首先,火星重力大约为0.377G,换言之,一个一百公斤的人穿着100公斤的“超轻”宇航服,其重量也不超过80公斤。在这种重力条件下,宇航员正常行走非常困难,通常会采用袋鼠跳来大步行进,用碎步来小步行走。当然,导演也承认,电影中要表现真正的火星行走太过困难。
图片:火星辐射示意图
其次,火星因为大气与磁场条件,太空辐射远甚于地球,哪怕有防护服,马克·瓦特尼也不可能长时间暴露在火星表面。因而很可能他回地球不久就得癌症了。当然,毕竟那是未来,那时的宇航服说不定有足够的防辐射能力。
人造重力
图片:利用旋转制造重力是常见做法
船员们来往火星的飞船是赫尔墨斯号,他们需要在上面居住很长时间,因而不可能长期停留在失重状态,所以需要提供人造重力。电影采取了非常科学的方案,即利用旋转式太空船来制造足够的重力。
图片:以这幅画面作为计算参考
然而,若以电影及原著中的相关资料分析,旋转船的转速大约为0.1转/秒,能提供0.4g的重力,因而最终计算可得旋转船的半径为……320米。但电影中的画面显示,旋转船的半径大约在9到14.5米之间。
当然,我们可以倒着推算一下,如果取电影中展现出的半径,同时能提供0.4g重力,那么转速应该为0.52到0.66转/秒。如果真的转这么快,显然电影中的画面不会那么唯美浪漫了。
降落地点
图片:阿西达利亚平原照片
电影中绝大多数火星场景都发生在阿西达利亚平原,这是一个真实地点,位于火星南部。然而,根据最新的观测显示,那里其实布满了岩石山丘,并非合适的降落地点。
题外话,复杂的地形比起平坦的地形更加吸引人,尤其是科学家。然而,科学家渴望探索冒险,而工程师的任务则是把科学家安全地送过去。人类的探索就像走钢丝,平衡感的一头是无限的好奇心,另一头则是无止尽的危险。
火星纵览
火星概况
火星是太阳系中距离太阳第四近的行星,属于类地行星(Terrestrial planet),由罗马神话中的战神马尔斯(Mars)命名。在中国史书上,则以“荧惑”称之。火星的表面以氧化铁的红色土壤为主,因此外观呈现为橘红色。
图片:火星与地球的相对大小
与地球相比,火星的平均半径约为3,389.5 公里,大约为地球的一半;在质量、体积上,则是地球的11%及15%。表面重力以地球的重力1g来算,大约是0.377g。综合上述,火星就像是比地球小了一号,比月球大了一号的红色星球。
就大气而言,火星的大气以95.32%的二氧化碳为主,其余则为氮、氩、氧、一氧化碳、水蒸气、氖、一氧化氮等,因此常被称作为温室效应严重的环境,但其大气浓度不足,空气非常稀薄,反而无法保留住多余的热量,造成日夜温差极大。
图片:火星极地冰盖
由于火星与地球同样拥有倾斜的地轴,因此具有四季变化。而火星在南北极的白色极冠是非常明显的特征,过去被认为是由干冰(二氧化碳的固体)所组成,但在近年的研究认为干冰仅为表面成分,实际上在表面的干冰下,可能蕴含着大量的水冰。而表面有许多流水冲刷的遗迹,如同地球上冰河或河流刻蚀的痕迹,令科学家对于这颗红色星球上是否有生命,抱持着乐观的态度。
图片:火星上的水流痕迹
最近的研究报告也指出,火星上确实存在着液态水,大大提升了人类未来移民火星的可能性。有趣的是,这项研究报告正好于2015年9月28日宣布,恰巧与《绝地救援》上映时间相差一个礼拜,马特·达蒙甚至还上传了一段视频自嘲:下次若再受困火星,至少不用烦恼水的问题了。而导演雷德利·斯科特则表示,自己早就知道火星上有液态水了。
遥望火星
图片:乔凡尼的火星地图
火星的地表观测最早可回溯到1877年的意大利天文学家乔范尼· 斯基亚帕雷利(Giovanni Virginio Schiaparelli)以望远镜观测后出版的手绘火星地图。电影里阿瑞斯4号接驳小艇位置,斯基亚帕雷利撞击坑,便是以这位天文学家的姓氏命名。斯基亚帕雷利的观测中因受限于望远镜技术,在地图上标示了火星表面颜色较暗的区域,与月球的暗区相同命名为“海”(Mare),其他线条则被命名为“运河”(Canali),并以地球上著名的河川命名这些长条状的线条,使得人们误认为火星上有生命或是液态流水。
图片:哥伦比亚山丘群
直到NASA在1960年代以水手4号首次接近火星的惊鸿一瞥,才粉碎了人们对火星运河的遐想。不论如何,随着卫星科技的发展,如今火星的地理地貌已有相当详尽的资料,现代的火星地理名称则是由国际天文学联合会(International Astronomical Union,简称IAU)负责,以过去天文学家观测命名为基础,后续以重要的科学家、科幻小说作家或地球上的地名为名,另外也有以纪念性名称命名:例如纪念哥伦比亚号航天飞机意外,以七名牺牲的太空人命名了哥伦比亚山丘群等。较有趣的是,NASA在探测火星的过程中,会利用一些绰号命名较为小型的岩石,像是鲨鱼石、防热护盾岩、积木岛等,作为暂定名使用。
火星探测计划
图片:部分火星探测器
到目前为止,已经有超过30枚探测器到达过火星,它们对火星进行了详细的考察,并向地球发回了大量数据。同时火星探测也充满了坎坷,大约三分之二的探测器,特别是早期发射的探测器,都没有能够成功完成它们的使命。
20世纪60年代,美苏冷战渐入高潮,而太空大赛是冷战竞争的重要部分。
· 1960年
图片:火星1A号
10月10日,苏联向火星发射了第一枚探测器火星1A号,未到达地球轨道。
10月14日,苏联第二枚火星探测器升空,未到达地球轨道。
· 1962年
10月24日,苏联的第三枚火星探测器升空,然而这次它也是仅仅到达了环绕地球的轨道而已。
11月1日,前苏联向火星发射了火星1号,这枚探测器成功进入了前往火星的轨道,并且计划于1963年6月19日到达火星,然而当1963年3月21日它飞行到距离地球1.06亿千米的距离时,却与地面永远失去了通信联系。
· 1963年
3月24日,苏联的又一枚探测器升空,仅仅到达环绕地球轨道,此后火箭未能再次成功点火,两个月后坠入地球大气层烧毁。
· 1964年
图片:水手4号拍摄的火星图片
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