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。在整個太陽系中，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，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，南北極的冰蓋會擴張；到了夏天，冰蓋又會縮小。冬天，火星大氣透明度很高，撞擊坑清晰可見；而到了春夏季節(jié)，火星上沙塵肆虐，一片朦朧。因為沙塵暴，火星車上的太陽能板常常是“灰頭土臉”的，火星車也因此變得“沒精打采”。沒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，這些沙塵往往就會被吹走，太陽能板又變得光潔锃亮，火星車重現(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，會產(chǎn)生許多奇怪的現(xiàn)象。這一點跟月球很不同，月球表面基本上幾千年都不會變化，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。它們在火星的夏天出現(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。但是，我們知道，火星比地球更遠(yuǎn)離太陽，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？

我們再仔細(xì)想想，假設(shè)火星上真的有水，那里的水其實不一定是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，水的沸點會變得很低，在10℃就會沸騰。所以，你會覺得火星上的開水很涼。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，俗稱鹵水，那么，水的冰點和沸點都會改變，到了零下70多攝氏度，水才會結(jié)冰，到了24℃水就會沸騰。

借助光譜觀測，科學(xué)家的確在這些暗色條紋中檢測到了高氯酸鹽，這可能說明火星表面有液態(tài)水。但是，后來又有新的證據(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，這個例子就說明，科學(xué)是對未知的探索，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的不一定是絕對的真理，而是隨時可以被改變的真理，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？因為2年多才有1次發(fā)射火星探測器的機會，因此他至少要在火星上等26個月，才能迎來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。

為了更好地說明為什么要等上26個月，我們需要從地球和火星的相對位置關(guān)系說起。我們可以把太陽系比作是學(xué)校的操場，操場中間的那個圈是太陽，外圈有八條跑道，分別代表八大行星，其中太陽占太陽系絕大部分的質(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)?；鹦桥c地球的運動速度不同。地球繞太陽一圈大概要365天，火星繞太陽一圈大約要687天。也就是說，火星上的1年大約是地球上的1.89年。因此，火星有時候在地球的前方，有時候在后面，有時候距離越來越大，有時候距離越來越近，有時候和地球并肩奔跑。當(dāng)火星和地球在操場的兩端時，二者之間的距離最遠(yuǎn)；當(dāng)它們在操場的同一端時，二者的距離最近。如果由內(nèi)向外，太陽、地球、火星三者在一條直線上，從地球上看過去，火星和太陽在同一個方向，這一現(xiàn)象稱為火星沖日。

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。因為公轉(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個月（2年多一點，也就是地球繞太陽2圈多一點），就會有這樣的時機：火星在地球前方44°。此時，從地球上發(fā)射火星探測器，設(shè)計好軌道，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)儀器探測火星。探測器從地球上出發(fā)時，火星在地球的前方。當(dāng)探測器抵達火星時，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？因為土豆是一種全營養(yǎng)植物，營養(yǎng)成分比較全面，產(chǎn)量也比其他作物更高。但是，看起來簡簡單單的土豆要想在火星上種植，可不是一件簡單的事。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。生活中的問題影響因素多，往往需要進行跨學(xué)科學(xué)習(xí)才能解決。你看，這是一個沒有標(biāo)準(zhǔn)答案但具有明確目標(biāo)的探究案例，與我們在校內(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，吃素也許是個更好的選擇，因為吃葷菜實在太奢侈了！以豬肉為例，豬每長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)。如果將來人類移民火星，蝗蟲、蟋蟀、大麥蟲這些常溫動物的蛋白質(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)家還沒有在火星的地表找到流動的液態(tài)水。但火星上的確有水。“鳳凰號”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)溝里有幾個冰塊，但4天之后冰塊沒有了。它還在自己的著陸腿上發(fā)現(xiàn)了一些露珠，過了幾天，露珠的分布也發(fā)生了變化。這說明，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，都有可能成為未來火星移民的取水方式。但現(xiàn)在，國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，如果我們解決了火星上的糧食供應(yīng)和水源的問題，氧氣的問題也有辦法可以解決。我們可以通過二氧化碳的分解反應(yīng)，或者人造樹葉的光合作用獲取氧氣。

可是，最關(guān)鍵的是，我們怎么去火星呢？目前去火星的費用非常昂貴。因為現(xiàn)在的航天器大多是“一次性”的。就好比，我現(xiàn)在開車從上海去杭州，到了杭州之后就把車丟了，那么，從上海到杭州的費用就是油費加上汽車的錢?，F(xiàn)在，太空探索技術(shù)公司SpaceX已經(jīng)開發(fā)出一種可回收再利用的火箭。也許在不久的將來，地球到火星的廉價航班就會開始運行了?！?p>