揭開“火星土豆”的科學外衣

望西

火星，一顆我們經常說起但又很陌生的星球——人類至今還未踏上火星的表面。但有關火星的各種傳說、科幻故事、科學探索報道等，時常出現在我們的視野中。這一次，好萊塢又以火星為故事背景，拍攝了一部頗受好評的電影《火星救援》，其中那段主人公在火星上種土豆的情節(jié)，更是吸足了觀眾的眼球。

故事梗概

2030年，美國國家航空航天局（NASA）實施了載人登陸火星的任務。航天員馬克和隊友一行六人在火星上進行科考工作時，遇到了突如其來的沙塵暴。在撤離的過程中，馬克被狂風吹走了。隊友們誤認為馬克已經罹難，不得不按照航天任務流程，立即撤離火星，返回地球。

馬克醒來后，發(fā)現自己遠離地球家園，成了“火星上的魯濱孫”。登陸艙被沙塵暴損壞，食物不足，眼前是一片荒涼而狂野的火星戈壁……萬幸的是，居住艙完好無損，可以作為應急生活空間。面臨重重困難，孤立無援的馬克必須想辦法在火星上生存下去，以等待執(zhí)行下次火星任務的飛船到來，雖然這一等就要四年。幸好，他天性幽默樂觀，而且是個植物學家。為了獲得食物，馬克在火星上種起了土豆。后來，他找到了之前被遺棄在火星上的“探路者”號火星車，終于與地球取得了聯系。地球上，各國的科學家通力協作，與正在返回地球的馬克的隊友一起努力，終將馬克救回了地球。

很多人都認為，這是一部非常優(yōu)秀的電影，其中一個重要的因素就是：電影中展現了許多關于火星、航天的科學知識。

火星上有沙塵暴？有，但并不強

影片的開頭向我們呈現了這樣的場景：突如其來的沙塵暴將航天員的儀器、設備吹了個人仰馬翻，男主角馬克也被吹飛了。多么震撼的特效和場景啊！

事實上，火星上刮起沙塵暴，那是家常便飯。有時，巨大的沙塵暴會席卷整個火星，連續(xù)不斷地刮上半年時間。但是，火星上的沙塵暴并沒有電影中的那么可怕，即使是最大的沙塵暴也不可能吹翻機器、設備。火星上的沙塵暴，風速最高只有96千米/時，這還不到地球上某些臺風的一半。還有，火星表面的大氣密度只有地球上的1%，所以，火星上的狂風只相當于地球上的微風拂面。

火星上種土豆？

這個可以有

在這場星際大救援中，不起眼的土豆算是僅次于馬克的“男二號”。馬克為了撐到救援到達的那一天，必須擁有充足的食物。于是，他顯露出“學霸”本色，發(fā)揮自己植物學家的特長，還利用化學、物理等多學科技術，將居住艙變成了一個蔬菜大棚。馬克用從地球上帶去的一小部分土壤與火星土壤、人類的糞便混合，制造出了能讓植物生長的、富含氮元素和微生物的土壤，在火星上種起了土豆。

其實，電影中種土豆的橋段并非導演憑空想象。現實中，科學家已經在實驗室中模擬出火星的土壤和空氣環(huán)境，并成功種植了十余種植物。2015年8月，國際空間站的宇航員更是展示了在太空中種植的紅色蘿蔓生菜。

火星上有液態(tài)水？這是真的

種土豆，當然還得有水。影片中，馬克利用火箭的燃料分解出氧氣和氫氣，再燃燒氫氣以獲得水，來澆灌土豆。這個方法行得通，但科學家們認為有點兒舍近求遠啦。

早在2008年，科學家就已經證實火星的兩極存在冰凍的水。2015年10月，美國國家航空航天局發(fā)布了在火星地表下存在液態(tài)水的強有力證據。這樣看來，若有合適的儀器和工具，馬克其實可以從地表下提取水分，來澆灌他的土豆。

土豆瞬間被凍死？

的確會這樣

火星的大氣成分以二氧化碳為主，占95%，其余還有氮氣和極少量的氧氣等，人必須靠氧氣瓶呼吸。火星上，晝夜溫差達100℃左右，赤道附近，白天的溫度可以達到20℃，但夜間會驟然降低到零下80℃左右。就是低溫毀了馬克的“土豆計劃”：居住艙意外受損，他辛辛苦苦建立的蔬菜大棚破裂，土豆瞬間被凍死了。

放射性元素作“取暖器”？還是悠著點吧

馬克返回地球，唯一的機會就是駕駛探測車到達飛船的發(fā)射地，但這段旅程需要56天。馬克在晚上趕路，白天的時間用來給探測車的太陽能電池充電。夜晚的低溫是馬克無法承受的，但如果用電取暖，這段旅程就無法完成。馬克冒險一搏，將裝有钚（bu）的電機放置在車里，用來取暖。

裝有钚的電機的確是個“取暖器”，它的輻射極強，甚至能蒸熟雞蛋。但你要知道，钚是易裂變的放射性元素，可以用于制造核武器，人長時間處于钚的輻射下，會有生命危險的。在航天領域，科學家將钚用于制造同位素電池，用作宇宙飛船、人造衛(wèi)星、航標燈的電源。

用地球當“彈弓”？這是常用技術

影片中，馬克的隊友在從火星返回地球的途中，得知馬克還活著，于是決定不回地球了，直接駕駛著“赫爾墨斯”號飛船回到火星去救馬克。但問題是，如果不到地球上補充燃料，他們只能是有去無回。為了節(jié)約時間和燃料，趕在馬克吃光土豆前將他救回來，“赫爾墨斯”號飛船玩了一次特技——把地球當作“彈弓”，把飛船“彈”回火星。

其實，這個炫酷的“地球彈弓”并不是傳說，這是在航天器進行星際飛行時常用的方法。美國發(fā)射的“新地平線”號和“先驅者1”號都曾運用過這一技術，只是，它們用的“彈弓”是木星。

彈弓效應

飛行器利用行星或其他天體的相對運動和引力，改變飛行器的軌道和速度，以此來節(jié)省燃料和時間。簡單來說，這就相當于飛行器被星球的引力推了一把，而且，這個推力是“免費”的——在不耗費燃料的情況下實現變軌。

火星是太陽系由內往外數的第4顆行星，離地球的最近距離約為5 500萬千米，最遠距離則超過4億千米。2003年8月27日，火星與地球的距離僅約為5 576萬千米，是6萬年來最近的一次，可即便這樣，航天器從地球出發(fā)飛抵火星也得飛上幾年時間。