看《火星救援》中的科学与不科学

整体而言,这真的是一部非常棒的电影,虽然存在着一些不科学的地方,但这却是第一部真正描述火星的电影。这是第一部试图通过真实的环境来讲述人类在火星上顽强奋斗,与太空的恶劣环境作斗争求生存的故事。该片在风格上相当“硬科幻”,并没有在火星上进行一些脑洞大开的设定。这部电影里也没有任何的脑洞元素——没有怪物、没有魔法、没有纳粹。当然,作为一部科幻电影,《火星救援》难免也有虚构与夸张的成分。可以肯定的是,这部电影中确实有一些科学上失误。接下来我们就来盘点一下其中的科学与不科学的地方:

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火星上的大风暴

大风暴是不可能在火星上出现的。火星上的气压很低,不到地球的百分之一。换句话说,即使是火星上的风速达到了160公里每小时,其实风力也就相当于地球上16公里每小时的风力,这点风也就能放个风筝。所以,其实电影中所描写的大风暴不可能出现。虽然原作作者安迪·威尔自己也知道这一点,但是他也有他作为故事的“造物主”的权利:“我需要一个让航天员离开火星的方法,所以我在这里稍微杜撰了一下。而且,难道你不觉得突如其来的大风暴感觉很酷吗?”

不过这却是故事最重要的设定,没有这火星上的大风暴,男主角马特达蒙也就不用继《拯救大兵瑞恩》、《星际穿越》之后,再度耗费这么多人力了。

宇宙飞船的模型构建

从火星轨道航天器的圆环直径和旋转速度来看,模型的构建基本是科学的,可以确定这种设计是的确能够人工创造出一个介于火星与地球之间的重力水平的。

只是这个宇宙飞船实在是太超前了——看起来既庞大又复杂而且成本也十分高昂。建造宇宙飞船不是为了让人们能够坐在上面去看宇宙的,而是为了把来自地球的一小群专家成功送上火星的,是为了让他们带回能够为火星计划提供参考的有效数据的。或许未来的某一天,我们能够看到这样的宇宙飞船,就像在哥伦布远航几百年后才有的远洋客轮那样。但是,如果三桅帆船已经出现了,甚至是远洋巨轮都出现了的话,哥伦布恐怕也就不会再想着去任何地方了吧。

火星上的重力

马特·达蒙在火星上保持着地球般的移动方式是不科学的,因为在现实中的火星的重力只有地球的三分之一。NASA也曾做过设想,结论是要在火星上行走的最有效的方法就是用跳的方式进行大步移动,或是拖着脚进行小步移动。剧中的宇航服参考了2030年之后真实任务使用的太空服为原型,每套至少重达40磅。但是因为重力的原因其实只有三分之一的重量,所以行动起来应该会更轻盈一些才对。

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自制水资源

火星表面没有湖泊、河流或者海洋,火星宇航员必须有他们自己的水补给来源。

而马特·达蒙选择了从火箭燃料中分解出了氮和氢,之后他把氢气与氧气混合在一起燃烧生成了水。毋庸置疑,这肯定是可行的,但如果换做是我被困在火星上的话,恐怕只会想到让水从土壤中出来吧。火星温差很大,夏天时从摄氏零下153度到22度,水在火星上仅以冰的形态存在,是被冻住的“生命源泉”。虽然在低纬度上土壤内仅有约5%的水份(从重量上来说),但在两极附近的土壤水份却高达60%。

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厕所

这是一个有点奇怪的地方。处理废弃物最简单的方法是把它们用袋子装起来,然后封口,之后每天烧掉即可这是没错。但利用温室系统或物理化学过程进行废物再利用——将其转化为燃料、水和氧气,其实理论上说是更有效率的啊。难道他们真的会回去分门别类的封装上,并贴上写有宇航员名字的标签来作为以后的科学研究材料吗?我无法想象会有谁想要把这些东西带回地球,或是直接在火星上研究它。你不是去火星上研究你自己的粪便去的,你是要在那里了解火星的好吗?

不过该片中大部分的情节还是非常的真实的,结合了虚构和真实两种叙事元素,而这两种元素都来自于NASA和其他机构已经完成的和未来在21世纪30年代的探索任务。NASA已经研发出多项在电影中展示的科学技术。

栖息地

在火星表面,瓦特尼在居住舱Hab内待了相当长的一段时间,这可以说是他远离地球的家。未来登陆火星的宇航员也需要这样一个家以避免以飞沙为伴度过火星上的岁月。目前,在NASA的约翰逊航天中心,机组人员就在人类探索研究模拟项目(HERA)中为长航时深空任务做训练。

植物农场

在《火星救援》中,瓦特尼把居住舱变为一个自给的的农场,长出的土豆成为第一种火星主食。如今,在近地轨道,生菜是太空中供给最充足的农作物。在国际空间站中,Veggie 是一个有效的新鲜食物生产系统。使用红、蓝、绿光,Veggie 能够使植物生长在一个类似于枕头的东西里,这是一个拥有基质和肥料以及微孔表面的小袋子,宇航员可以从这里收割食物。

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污水再生

在国际空间站上,一滴汗、泪甚至是尿都不会浪费。环境控制和生命支持系统无处不在地对水进行再生和循环,包括尿液,洗手水,漱口水以及其他来源。通过水再生系统(WRS),水被回收,过滤,准备再次使用。一位宇航员曾举例说过:“昨天的咖啡会变成明天的咖啡。”

氧气制造

在国际空间站上,宇航员拥有氧气制造系统。这个系统可以循环处理航天器中的空气并高效稳定地提供可供呼吸的空气。这个系统通过电解反应生产氧气,把水分子分解成氧分子和氢原子。氧气被释放进空气中,氢气被排进太空或输入Sabatier系统。这个系统利用空间站的大气的剩余副产品来生产水。

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火星宇航服

火星的地表环境并不欢迎人类。大气中也几乎没有任何可供呼吸的氧气。宇航员在居住舱外采样和维修时必须穿着宇航服。每天瓦特尼都需要身着宇航服在火星地表进行很长时间的舱外工作,而且更为棘手的是他必须要在火星表面长途跋涉,所以他的宇航服必须足够灵活、舒适、可靠。NASA正在研发能够在火星上使用的宇航服。工程师考虑了从火星漫步到岩石采样的一切需求。

火星车

一旦人类在火星表面着陆,他们必须在那里居住一年以上才能等到最小地火距离点并返回地球。这样宇航员就会有大量的时间在周围地区开展实验和探索工作。但是宇航员必然不能够被限制在步行距离范围之内进行考察,为了走得更远,他们必须拥有一部有力的、可靠的、灵活的火星车。在《火星救援》中,瓦特尼驾驶他的火星车进行过几次急转弯。甚至为了生存,他不得不对火星车经行了非传统的改装。在今天的地球上,NASA也正致力于让“多任务空间探索车”(MMSEV)能够面对多种环境。MMSEV已经被用于NASA的模拟任务,用来帮助解决某些机构已经想到的一些可能会发生的问题,甚至是用于寻找一些可能被隐藏的问题。

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离子推进

战神三号计划的成员所搭乘的赫密斯号,就是利用离子推进器來完成的地火转移运输。核推进比冲高,可以节省大量的携带推进剂,是当前正在研发的载人深空探索项目的关键技术之一。这个技术允许像NASA的Dawn飞船用很少的燃料去执行一些疯狂的任务。Dawn飞船已经完成了五年多的持续加速,总加速达到了惊人的25000英里/小时。这比其他飞船的推进系统都要厉害的多。它已经完成了人类对谷神星和灶神星的第一次观测。

太阳能电池板

火星上没有加油站,没有油井,也几乎没有风。只有太阳能才能让宇航员在火星任务中走得更远。电影中Hermes飞船就使用太阳能列阵来获得能源,瓦特尼也正是利用了太阳能板才能使自己在火星上成功生存下来。在国际空间站,4个太阳能列阵能够提供84-120千瓦的电力,这些能量足够40个家庭使用。空间站并不需要满功率使用,然而万一出现事故,能量冗余反而有助于减少事故的风险。自2000年以来,太阳能系统一直为空间站提供能源,并处于安全稳定的运行状态下。NASA研制的Orion飞船将带人类飞向比以往更远的地方,它也是使用太阳能阵列作为未来任务的能量来源。它的阵列板可以在阳光下获取能源的同时给锂离子电池充电。假如Orion飞船在月球的背面——没有阳光的位置,电池也能为飞船运行提供足够的能源。

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编后语

如今,美国的太空计划虽然已经被冻结。但美国宇航局谈到过想要在2043年把人类送到火星上,不过这已经可以说是推迟了一代人了。和1961年成功把人类送上月球相比,我们现在已经距离把人成功送到火星上非常接近了。在2017年的春天,奥巴马的继任者应该会和1961年的肯尼迪一样有勇气和决心说,我们可能会在他(或她)的第二个任期结束前登上火星。这是一种政治意愿,这是对于《火星救援》而言的真正意义所在。这仿佛就像是在说:“我们可以做到这一点。只要我们肯去思考,一定能够成功战胜这些困难。”

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