用科學(xué)征服火星

李淼

卡爾·薩根是個(gè)專門研究行星的天文學(xué)家，一生在美國康奈爾大學(xué)工作，同時(shí)還兼任加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家，沒錯(cuò)，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室就是我們在《火星救援》里經(jīng)常看到的JPL。薩根對探索太陽系內(nèi)行星以及系外行星有很大的興趣，他還研究外星生命和外星文明，盡管這方面并沒有什么結(jié)果。他的研究成果之一是火星表面顏色和季節(jié)變化，指出火星上存在沙塵暴，這些都在《火星救援》里被大篇幅應(yīng)用。

火星是最接近地球的星球了。有人推測，沒準(zhǔn)很多年前（若干億年前）火星上的條件與地球很相似，因此出現(xiàn)過生命。有的人更進(jìn)一步推測，地球上的生命其實(shí)源于火星，也許是什么小行星撞擊火星，將火星上生命的種子帶到地球來了。當(dāng)然，所有這些只是猜測而已。

既然火星是不毛之地，那我們?yōu)槭裁催€要探索它？月亮更加“不毛”，是個(gè)沒有內(nèi)部活動(dòng)的死星（對啊，月亮上真的沒有嫦娥和玉兔，不然她們得靠吃玄武巖生活），我們還是要探索它。雖然月亮上確實(shí)有不少也許在未來非常有用的物質(zhì)，例如He-3，可以用于核能發(fā)電?？墒?，一來可控核聚變技術(shù)的實(shí)現(xiàn)還很遙遠(yuǎn)（大約與量子計(jì)算機(jī)一樣遙遠(yuǎn)），二來開發(fā)這類月球礦藏的代價(jià)太大了。但為何我們還要探月？為何在發(fā)射嫦娥一號、二號和三號之后還要很快發(fā)射嫦娥四號？為何中國還計(jì)劃載人登月？真的不因?yàn)槿魏谓?jīng)濟(jì)上的理由，只因?yàn)樵铝猎谀抢?，我們就想去?/p>

火星也在那里，人類當(dāng)然也想去。美國想去火星不是一天兩天了，政府有計(jì)劃，民間也有計(jì)劃。埃隆·馬斯克就想去，他的Space X公司甚至還想做火星移民呢?；鹦且泼窈茈y很難，但喊喊口號，還是能夠幫助發(fā)展探索火星的其他計(jì)劃的。我們中國對火星也有想法，火星探測器“螢火一號”也誕生了，但因?yàn)槎砹_斯航天器變軌失敗，“螢火一號”也就消失在茫茫太空中了。我們相信，在探月的同時(shí)，中國還會(huì)繼續(xù)探索火星的計(jì)劃。《火星救援》里的“太陽神計(jì)劃”就是中國的，這部電影嵌入了中國元素，包括“太陽神計(jì)劃”和陳數(shù)，在我看來不完全是為了考慮中國票房（中山大學(xué)未來會(huì)在珠海校區(qū)建設(shè)物理與天文學(xué)院，我們將進(jìn)行空間科學(xué)與技術(shù)研究。或許，未來的“太陽神計(jì)劃”也會(huì)有我們的貢獻(xiàn)）?！疤柹裼?jì)劃”也許比美國人還先進(jìn)，我覺得二十年或者三十年后完全有可能實(shí)現(xiàn)。

說了半天還沒有談到我的本行物理學(xué)，現(xiàn)在聊幾段。我們看到瓦特尼在火星上行走得比較慢，其實(shí)在月球上行走也會(huì)慢一些。這有點(diǎn)反直覺，因?yàn)槲覀儠?huì)覺得人體變輕了，走路應(yīng)該更加容易。其實(shí)不然，人體輕了，如果使勁走就會(huì)跑起來，雙腳同時(shí)離開火星表面。為了保持走路的姿勢，我們反而得小心一點(diǎn)。正確的公式是，人走路的速度是重力加速度的開平方，這樣，在火星上的行走速度就是地球上行走速度的0.6倍。另外，月球上的重力加速度是地球的1/6，在月球上的行走速度就是地球行走速度的0.4倍。

事實(shí)上，重力小并不是一件好事，普通人覺得重力小了，個(gè)子可以長得高一些。但重力小了個(gè)子不見得會(huì)長高，骨頭倒會(huì)變細(xì)。

和重力相關(guān)的還有一個(gè)現(xiàn)象是山的高度。重力越大，山的高度越低，道理很簡單，如果山太高，底部對地面的壓力太大，地面自然會(huì)下陷。根據(jù)計(jì)算，地球上最高的山是1萬米，這正是珠峰接近的高度?；鹦巧系纳皆瓌t上最高能夠達(dá)到多少？最高高度也與重力加速度成反比，這就是說，火星上的山最高可達(dá)2.6萬米?；鹦亲罡叻鍔W林匹斯山確實(shí)已達(dá)2.7萬米，是太陽系內(nèi)的最高峰，它也出現(xiàn)在《火星救援》里。

關(guān)于《火星救援》的物理學(xué)還可以寫很多，例如那位黑人編程天才建議利用地球彈弓效應(yīng)加速阿瑞斯3號飛船，這艘飛船如何利用轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生人工重力，一個(gè)人如何在一艘飛船中慢跑鍛煉，瓦特尼的肌肉與火星重力的關(guān)系等等。

《火星救援》打著科幻電影的名義，寫的是科學(xué)和勵(lì)志故事。萬一有一天我被落在火星，我會(huì)怎么辦？我現(xiàn)在老了，能不能像瓦特尼一樣活過五百天真不知道。當(dāng)然，意志可能比體能更重要。也許我也會(huì)說出瓦特尼說的話——讓科學(xué)幫我活命，用科學(xué)征服火星。