音頻科普:-太空探索的道路充滿挑戰(zhàn) 從影片《火星救援》談移民火星
發(fā)布時(shí)間:2020-10-15
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音頻科普:-太空探索的道路充滿挑戰(zhàn) 從影片《火星救援》談移民火星

太空探索;充滿挑戰(zhàn);火星救援

  7月23日,隨著“胖五”(長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭)點(diǎn)火升空,倍受全球矚目的中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”正式啟程。預(yù)計(jì)約7個(gè)月后,“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器將抵達(dá)火星附近,進(jìn)入環(huán)火軌道,并擇機(jī)著陸火星。

  “天問(wèn)一號(hào)”在社會(huì)上掀起了“火星熱”,也使2015年上映的一部美國(guó)科幻電影《火星救援》再次進(jìn)入人們視野。

  影片發(fā)生時(shí)間設(shè)定在2030年,幾名宇航員首次登陸火星,卻遭遇了火星大風(fēng)暴,其中宇航員馬克·沃特尼被誤認(rèn)為遇難,留在了火星上。馬克其實(shí)并沒(méi)有死,醒來(lái)時(shí)發(fā)現(xiàn)自己成了“火星魯濱遜”,要面對(duì)如何在火星自救這個(gè)艱難命題。樂(lè)觀堅(jiān)強(qiáng)的馬克開(kāi)始絕地求生,在火星上開(kāi)啟了自給自足的農(nóng)夫生涯,想盡辦法發(fā)出求救信號(hào),終于聯(lián)系上地球總部。在歷經(jīng)549個(gè)火星太陽(yáng)日后,馬克安全回到了地球。

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

  在科學(xué)家們眼中,火星是一個(gè)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(dāng)于地球的陸地面積,具有和地球差不多的自轉(zhuǎn),一年相當(dāng)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(lái),人類接連發(fā)現(xiàn)火星上存在液態(tài)水的證據(jù),2018年美國(guó)宇航局更是宣布在火星上發(fā)現(xiàn)有機(jī)物存在的確切證據(jù)。這樣的自然狀態(tài)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(dá)這顆紅色星球呢?火星距離地球最近時(shí)約5500萬(wàn)公里,但是走直線上去是行不通的,因?yàn)橐匀祟惸壳八莆盏募夹g(shù)還造不出有那么強(qiáng)大推力的火箭,要巧妙利用太空中其他能量來(lái)加速航天器,這就要用到“引力彈弓效應(yīng)”。這是航天器進(jìn)行行星際飛行常用的方法,指利用行星的重力場(chǎng)給航天器加速,把行星的動(dòng)能“偷”一點(diǎn)過(guò)來(lái),將航天器甩向下一個(gè)目標(biāo)。在影片中,地面中心的科學(xué)家們就是利用“引力彈弓效應(yīng)”對(duì)飛船進(jìn)行變軌加速,才使其利用有限的燃料重返火星,成功營(yíng)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(gòu)的,它的原型是美國(guó)宇航局的“人類探索研究模擬裝置”,看起來(lái)有點(diǎn)像高端“大棚”,它能夠提供適宜人類生存的環(huán)境。未來(lái)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(xù)穩(wěn)定的氧氣供應(yīng)同樣是移民火星的重要基礎(chǔ)。火星上存在大量氧化鐵等氧化物質(zhì),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(jī)就是一種利用電力把二氧化碳變成氧氣的裝置??茖W(xué)家們目前正在研究火星氧氣生成技術(shù),在火星上制造氧氣或成現(xiàn)實(shí)。

  解決了呼吸問(wèn)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(tài)聯(lián)氨(常用火箭燃料)分解成氮?dú)夂蜌錃?,并小心地燃燒氫氣獲得水。實(shí)際上,在影片即將上映之際,人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了火星上存在液態(tài)水的證據(jù):2015年,通過(guò)光譜數(shù)據(jù),科學(xué)家們推斷火星上存在液態(tài)水;2018年,在火星中緯地區(qū)發(fā)現(xiàn)大量地下水冰,后來(lái)在南極冰蓋下面發(fā)現(xiàn)可能存在鹽水湖。雖然目前來(lái)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(gè)可以支撐數(shù)年的小生態(tài)系統(tǒng),完成食物和排泄物之間的循環(huán)。實(shí)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(xué)家還是報(bào)以樂(lè)觀態(tài)度,認(rèn)為以現(xiàn)在的技術(shù)對(duì)火星土壤進(jìn)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(mèng)想不是一蹴而就的,盡管目前看來(lái)困難重重,但這并不意味著永遠(yuǎn)不行??萍疾粩喟l(fā)展,宇宙中會(huì)有更多的不可能變?yōu)榭赡堋?/font>

  探索火星的道路將充滿挑戰(zhàn),但這種探索和冒險(xiǎn)精神,才是人類社會(huì)蓬勃發(fā)展的原生動(dòng)力。

(作者:劉媛媛 中國(guó)科技館資源管理部工程師)

(專欄編輯:趙錚 李競(jìng)萌)

太空探索;充滿挑戰(zhàn);火星救援

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



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