鄭永春

讓我們一起去火星吧！

火星知多少

地球是一顆藍(lán)色的星球，而火星是一顆紅色的星球。在整個(gè)太陽(yáng)系中，火星是與地球環(huán)境最為相似的行星，也是最有可能實(shí)現(xiàn)宜居的星球?；鹦堑闹睆酱蠹s只有地球的一半，重量大約只有地球的1/11，大氣比地球稀薄，溫度也比地球更低一點(diǎn)，上面還有很大的風(fēng)。

火星非常有意思。隨著四季更迭，它的表面變化多端。冬天，溫度下降，南北極的冰蓋會(huì)擴(kuò)張；到了夏天，冰蓋又會(huì)縮小。冬天，火星大氣透明度很高，撞擊坑清晰可見(jiàn)；而到了春夏季節(jié)，火星上沙塵肆虐，一片朦朧。因?yàn)樯硥m暴，火星車(chē)上的太陽(yáng)能板常常是“灰頭土臉”的，火星車(chē)也因此變得“沒(méi)精打采”。沒(méi)人去擦拭灰塵該怎么辦呢？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下一次刮風(fēng)時(shí)，這些沙塵往往就會(huì)被吹走，太陽(yáng)能板又變得光潔锃亮，火星車(chē)重現(xiàn)活力。

火星上真的有水嗎？

與地球相似，火星是一顆“活”的星球，表面是變化的，會(huì)產(chǎn)生許多奇怪的現(xiàn)象。這一點(diǎn)跟月球很不同，月球表面基本上幾千年都不會(huì)變化，是一顆死亡的星球。2015年，科學(xué)家在火星的一些斜坡上發(fā)現(xiàn)了奇怪的暗色條紋。它們?cè)诨鹦堑南奶斐霈F(xiàn)，在冬天消失。難道這些條紋是水流嗎？夏天冰雪融化就出現(xiàn)條紋，冬天凝結(jié)成冰就看不見(jiàn)。但是，我們知道，火星比地球更遠(yuǎn)離太陽(yáng)，它表面的平均溫度是零下四五十?dāng)z氏度。那么冷的情況下，冰怎么可能融化呢？如果不是水流，那些暗色條紋到底是什么呢？

我們?cè)僮屑?xì)想想，假設(shè)火星上真的有水，那里的水其實(shí)不一定是0℃結(jié)冰、100℃沸騰的。一方面，火星上的大氣壓只有地球的0.6%。如此稀薄的大氣，水的沸點(diǎn)會(huì)變得很低，在10℃就會(huì)沸騰。所以，你會(huì)覺(jué)得火星上的開(kāi)水很涼。另一方面，火星上十分干旱，就算有水，應(yīng)該不是以純凈水的形式存在的，里面會(huì)含有其他化學(xué)物質(zhì)。如果水中含一定濃度的高氯酸鹽，俗稱(chēng)鹵水，那么，水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)都會(huì)改變，到了零下70多攝氏度，水才會(huì)結(jié)冰，到了24℃水就會(huì)沸騰。

借助光譜觀測(cè)，科學(xué)家的確在這些暗色條紋中檢測(cè)到了高氯酸鹽，這可能說(shuō)明火星表面有液態(tài)水。但是，后來(lái)又有新的證據(jù)，質(zhì)疑這些暗色條紋很可能不是液態(tài)水導(dǎo)致的。因此，還需要更多的證據(jù)才能證明火星上是否有液態(tài)水。

你看，這個(gè)例子就說(shuō)明，科學(xué)是對(duì)未知的探索，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的不一定是絕對(duì)的真理，而是隨時(shí)可以被改變的真理，當(dāng)然，前提是要發(fā)現(xiàn)可以推翻科學(xué)發(fā)現(xiàn)的充分證據(jù)。

一等就是2年多

在科幻電影《火星救援》里，我們看到男主角每天種土豆、吃土豆、數(shù)土豆，這是為什么呢？因?yàn)?年多才有1次發(fā)射火星探測(cè)器的機(jī)會(huì)，因此他至少要在火星上等26個(gè)月，才能迎來(lái)救他回去的新一批宇航員，在此期間他必須努力求生，自給自足。

為了更好地說(shuō)明為什么要等上26個(gè)月，我們需要從地球和火星的相對(duì)位置關(guān)系說(shuō)起。我們可以把太陽(yáng)系比作是學(xué)校的操場(chǎng)，操場(chǎng)中間的那個(gè)圈是太陽(yáng)，外圈有八條跑道，分別代表八大行星，其中太陽(yáng)占太陽(yáng)系絕大部分的質(zhì)量?；鹦窃谒沫h(huán)上，地球在三環(huán)上，火星的跑道在地球的外側(cè)。火星與地球的運(yùn)動(dòng)速度不同。地球繞太陽(yáng)一圈大概要365天，火星繞太陽(yáng)一圈大約要687天。也就是說(shuō)，火星上的1年大約是地球上的1.89年。因此，火星有時(shí)候在地球的前方，有時(shí)候在后面，有時(shí)候距離越來(lái)越大，有時(shí)候距離越來(lái)越近，有時(shí)候和地球并肩奔跑。當(dāng)火星和地球在操場(chǎng)的兩端時(shí)，二者之間的距離最遠(yuǎn)；當(dāng)它們?cè)诓賵?chǎng)的同一端時(shí)，二者的距離最近。如果由內(nèi)向外，太陽(yáng)、地球、火星三者在一條直線上，從地球上看過(guò)去，火星和太陽(yáng)在同一個(gè)方向，這一現(xiàn)象稱(chēng)為火星沖日。

在下圖中，藍(lán)色代表著地球的公轉(zhuǎn)軌道，紅色代表著火星的公轉(zhuǎn)軌道。因?yàn)楣D(zhuǎn)的速度不同，大致相當(dāng)于地球跑2圈，火星才能跑1圈。所以，每26個(gè)月（2年多一點(diǎn)，也就是地球繞太陽(yáng)2圈多一點(diǎn)），就會(huì)有這樣的時(shí)機(jī)：火星在地球前方44°。此時(shí)，從地球上發(fā)射火星探測(cè)器，設(shè)計(jì)好軌道，讓它沿著綠色的軌道前往火星。這條地火轉(zhuǎn)移軌道，也叫霍曼轉(zhuǎn)移軌道。沿著這條特殊的軌道，從地球到火星所需的能量是最少的。節(jié)省的能量越多，航天器才能攜帶更多的科學(xué)儀器探測(cè)火星。探測(cè)器從地球上出發(fā)時(shí)，火星在地球的前方。當(dāng)探測(cè)器抵達(dá)火星時(shí)，地球已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地把火星甩在身后了。

火星上的衣食住行

說(shuō)回電影《火星救援》中的種土豆。為什么馬克要選擇土豆這種植物呢？為啥不種水稻、小麥呢？因?yàn)橥炼故且环N全營(yíng)養(yǎng)植物，營(yíng)養(yǎng)成分比較全面，產(chǎn)量也比其他作物更高。但是，看起來(lái)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的土豆要想在火星上種植，可不是一件簡(jiǎn)單的事。光是改良火星土壤，培育適應(yīng)極端環(huán)境的種子，就需要用到農(nóng)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)等多學(xué)科知識(shí)。生活中的問(wèn)題影響因素多，往往需要進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)才能解決。你看，這是一個(gè)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案但具有明確目標(biāo)的探究案例，與我們?cè)谛?nèi)尋找標(biāo)準(zhǔn)答案的學(xué)習(xí)是很不同的。

你也許在想：我不想每天吃土豆條、土豆片、土豆絲、土豆泥，我想吃火鍋！但在火星上，吃素也許是個(gè)更好的選擇，因?yàn)槌匀澆藢?shí)在太奢侈了！以豬肉為例，豬每長(zhǎng)1斤肉，就需要吃至少3斤土豆，還要消耗大量的水和礦物質(zhì)。如果將來(lái)人類(lèi)移民火星，蝗蟲(chóng)、蟋蟀、大麥蟲(chóng)這些常溫動(dòng)物的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率更高，有可能登上“舌尖上的火星”。

火星上喝水怎么辦呢？前面提到，至今科學(xué)家還沒(méi)有在火星的地表找到流動(dòng)的液態(tài)水。但火星上的確有水。“鳳凰號(hào)”火星著陸器在火星表面用鏟子挖了一條淺淺的溝，發(fā)現(xiàn)溝里有幾個(gè)冰塊，但4天之后冰塊沒(méi)有了。它還在自己的著陸腿上發(fā)現(xiàn)了一些露珠，過(guò)了幾天，露珠的分布也發(fā)生了變化。這說(shuō)明，火星的空氣中和土壤里是有水的。因此，獲取土壤中的水、地下水和空氣中的水，都有可能成為未來(lái)火星移民的取水方式。但現(xiàn)在，國(guó)際空間站里的宇航員只能喝用“昨天喝下去的咖啡”凈化后的水，也就是尿液凈化處理后的水。

未來(lái)，如果我們解決了火星上的糧食供應(yīng)和水源的問(wèn)題，氧氣的問(wèn)題也有辦法可以解決。我們可以通過(guò)二氧化碳的分解反應(yīng)，或者人造樹(shù)葉的光合作用獲取氧氣。

可是，最關(guān)鍵的是，我們?cè)趺慈セ鹦悄?？目前去火星的費(fèi)用非常昂貴。因?yàn)楝F(xiàn)在的航天器大多是“一次性”的。就好比，我現(xiàn)在開(kāi)車(chē)從上海去杭州，到了杭州之后就把車(chē)丟了，那么，從上海到杭州的費(fèi)用就是油費(fèi)加上汽車(chē)的錢(qián)。現(xiàn)在，太空探索技術(shù)公司SpaceX已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種可回收再利用的火箭。也許在不久的將來(lái)，地球到火星的廉價(jià)航班就會(huì)開(kāi)始運(yùn)行了?！?p>