【CASE電影院】百年熒惑說分明 ─ 從「絕地救援」談太空探險

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■火星大概是最引人入勝(以及煩惱)的天體之一。它雖然不像彗星般來無影去無蹤,形狀又變化莫測,但卻讓古今觀察者摸不著頭緒;暗紅的外觀引發血光戰爭的聯想,使得「火星人」幾乎成了「外星人」的代名詞,到底怎麼回事?我們從您我都知道的東西開始,然後談到我自認知道些皮毛,而猜想您可能不知道的事情,然後說說我也不知道的事情。當然,無論如何還是要想辦法把隊友從火星拯救回來,所以讓我分享觀賞「絕地救援」的心得,談談探索甚至殖民火星,以及進一步太空探險有哪些挑戰,以及目前的進展。

講師|國立中央大學天文研究所所長 陳文屏
撰文|泛科學專欄作家 廖英凱

●夜空中一點赤紅的百年熒惑,為何讓人們心弛神往著迷不已?

滿天星斗,是催生諸國文化幻想的起源,也是誘發研究向學的美好動機。而人們熟知的火星,在古今中外的文化中總有著那麼獨特的地位。無論是占星術上的火星合衝,到天文研究的火星任務;從古羅馬神話的戰神Mars,到古中國的凶星「熒惑」;從外星生命屢屢提及的火星人,到網路戲謔用語的「火星人」。近期隨著電影「絕地救援」的上映,夜空中的這一點紅光,又再次地吸引了人們的目光寵愛。

然而,引起關注的的可能是天馬行空的無垠創意,也可能是貨真價實的科學依據。因此,臺大科學教育發展中心所舉辦的「CASE電影講座」,就邀請了多年來致力於天文教育的中央大學天文所所長陳文屏教授,帶領大家細探分明那些火星故事的虛實來由。

「第一部分講你可能會知道的,第二部分講你可能不知道的,第三部分講連我都不知道的!」講座之始,陳老師就先為了這場講座拋出了一個有趣的大綱。想要談論火星的科幻與科學研究以前,當然要先好好了解這顆行星。

先從遠距離的觀測結果來談起吧。在太陽系中,離太陽最近的四顆大行星是岩石行星,地球距太陽1.5億公里而排名第三,火星距太陽2.28億公里則排名第四。用地圖的距離來相對譬喻的話,大概是把臺大當成太陽,而中正紀念堂和國父紀念館則分別是地球與火星。火星的自轉週期與地球類似,約為1.026個地球日,所以在火星上一天的長度跟地球沒有太大差異;但公轉週期較長,導致一年有687天,若取跟地球公轉的最小公倍數差不多是780天,這代表每隔兩年,地球和火星的距離會達到最近的相對位置,這也是為什麼火星任務總是以兩年為週期來做規劃。

●火星逆行時應注意火災與暴力事件?

也由於火星公轉周期較地球長,當每隔兩年,火星與地球在太陽的同一側時,就會在天文上觀測到歷期55到80天的「火星逆行」現象,此時火星在夜空中的軌跡會如同折返了一圈般。雖然說在今天我們已經可以很輕易地用古老的「日心說」來理解這樣的天體運動,但在夜空中一個不依循眾星規律而突然迴轉的行星,也讓占星術發展出了許多與「火星逆行」有關的負面謠言傳聞。

火星逆行的天體軌跡示意圖 (圖片來源:http://ephemeris.sjaa.net/0711/d.html)
火星逆行的天體軌跡示意圖 (圖片來源:http://ephemeris.sjaa.net/0711/d.html)

而伴隨著觀測技術的進步,人們不只能看到火星的運動軌跡,更能開始看到火星表面的構造和現象。例如由光譜和實際探測的結果發現火星表面紅色地貌的成因,是因為表土與大氣沙塵中含有大量的氧化鐵。這可能代表火星曾被鐵質隕石擊中過,也可能是過去火星曾有火山運動與大量的水分和氧氣,而讓鐵質被氧化。科學家也觀測到,火星上有海拔高達27公里的太陽系最高峰,且還有持續火山活動的「奧林帕斯山」。這樣的高度可能是因為火星缺乏大氣活動也沒有土壤沖刷機會,又因重力僅有地球的0.38倍,才能讓火山噴發的高度能不斷累積。同時在火星上也觀測到如同河流般的痕跡,這代表過去也可能會有大量的水殘留。近期的研究更發現太陽風導致了火星的大氣消失,而在僅有6毫巴的稀薄大氣狀況下,水分會很快速地揮發而無法存留於地表。似乎代表著,可能曾經有某個時期的火星,地表上氧氣充足且有豐沛水系。只是,後來發生什麼事了呢?

●方興未艾的火星計畫

在解開火星的重重謎團,僅利用在地球上的觀測結果是遠遠不足的,我們還需要能繞行火星的人造衛星來遙測,也需要在在火星上登陸探勘的探測器。因此,從1960年代至今,各國已經執行了四十多個各種不同形式的火星太空任務,也在近年來陸續取得更詳細的研究成果。然而,若是要實踐像電影「絕地救援」一般,送人類上火星的話,大概還有兩個主要的努力方向:

1.就地取材
在火星就地取材人類生存必備物資是非常重要的,由於太空旅行中實在難以攜帶大量物資,所以你需要一些能在火星當地取得資源的方式。在目前的研究成果中,MIT正在開發的MOXIE計畫可以利用電解的方式在火星上製造氧氣;電影中提到的燃燒反應與ISS應用多年的水回收系統可以取得水;NASA近年來也在ISS上實踐作物耕種系統。

IMG_85112.動力
另一個需要面對的困境則是太空航行的動力來源。動力決定了太空飛行的速度,也決定了太空旅行的時間。如果是以時速900km的噴射客機來飛行,要飛整整十年才到的了火星。而2012年才登陸火星的好奇號,也在相對太陽時速11萬公里的狀況下飛了8個月才抵達火星。因此我們需要比化學火箭更有效率的方式,例如利用化學火箭的瞬間推力離開地表,再利用核熱引擎或電漿火箭等方式在星際間高效持續的加速。

無論是就地取材或動力,甚至是在外太空也能持續提供電源的太陽能或同位素熱電機等科技,這些技術的開發在今日也都已有相當成果和應用,陳老師說:「《絕地救援》與其說是科幻片,這更像是部災難片」。這樣基於科學事實的科幻題材,不只挑動著人們的想像力,更利用科學與邏輯帶觀眾進入一個更逼真的世界。

●火星人就在眼前!?

不過跟科學研究或科幻題材比起來,更吸引人的,恐怕是「古今中外」層出不窮,街坊相傳從未缺席的外星人傳聞吧。這些傳聞雖然荒謬,但也算是其來有自,陳老師也考證盤點了許多歷史事件來回顧火星人到底是怎麼被「創造」出來的。

關於火星上有生命的歷史,最早可回溯至1877年,義大利天文學家Schiaparalli在觀測火星時,發現火星上有條狀結構。而條狀結構的義大利文是canali,翻譯為英文應為channel,但在翻譯時卻誤植為canal,其意為「人工運河」。在經過大肆報導後,導致舉世皆以為知名天文學家在火星上觀測到運河結構。而約30年後,20世紀初期美國天文學家Lowel,受到當時「人工運河」說法的誤導,在更精密的觀測下發現火星上的條狀結構會隨著季節而變化,將其認為這是在因應不同季節來調整水量,是個星球規模的「灌溉系統」。

這些在當時被視為科學證據的研究成果,也引發了許多以此為根據的創作,例如1898年Wells的科幻著作"War of the Worlds",描述火星人侵略地球。1912年Burroughs所著的科幻小說"Under the Moons of Mars",更敘述火星人有綠色皮膚,擁有有高度智慧,居住環境惡劣需要倚靠運河維生,所以有奪取地球資源的野心。最終在1938年的萬聖節,由於播出了改編自"War of the Worlds"的廣播劇,描述火星人登陸在美國紐澤西州。因為劇情太過逼真,造成紐約與紐澤西地區民眾恐慌出走。雖然政府與學界試圖安撫,多年來的探測結果也都顯示火星上毫無生物、也沒有運河結構,但這些誇張的謠言與印象,似乎卻仍持續流傳而從未消退....

IMG_8606細究其原因,推動這些謠言的,可能不只是那一系列有意無意的誤會或創作。也包含著人們的一些心理現象所致。例如1976年海盜一號拍到的「人面石」、2015年好奇號傳回來的「金字塔」,以及眾多火星遙測所拍到的人臉與人影。似乎都不斷加強著火星上有生命、火星人知道我們在看他們、火星人來過地球蓋金字塔之類的消息。陳老師指出,對人臉或人形的主觀認定其實是一種「空想性錯視」(pareidolia),是一種人們容易將各種隨機的圖像辨識成人臉的心理現象。而金字塔更是一個自然界中很常見的物體堆疊後的形狀,在埃及有人造的金字塔,並不代表在陽明山上金字塔形狀的山就是法老王駐足的痕跡,更不代表在火星上看到的一座金字塔型地貌,就是地球古文明來自火星的證據。隨著這一系列翻譯上的誤會;民眾對科學事證的不了解;研究進展傳播效果比不上謠言經年累月的累積;以及文藝創作的渲染力和今日名嘴刻意操作的結果。陳老師戲稱,雖然百年來火星生命的謠言不斷,但諷刺的是第一座飛碟可是我們人類丟到火星上的喔。

●放眼未來,人類能做什麼?我們能做什麼?

這些跟火星有關的謠言恐怕沒有消散的一天,而對火星與太空的研究腳步更不會放慢停歇。近幾年內,我們將陸陸續續看到許多火星探勘計畫的實踐,例如明年三月就要發射的InSight,目的在鑽探研究火星內部結構;預計2019抵達的ExoMars則是要尋找地表下的有機分子。更值得一提的是印度的MOM也在今年九月份抵達火星軌道,是僅次於NASA、俄羅斯、ESA,第四個成功發射探測器繞行火星軌道的國家。不僅第一次執行計畫就成功,經費運用也比其他國家的計畫更為低廉。對我國來說,我們不見得能像科技強權一般在外太空攻城掠地,但對太空科技的持續投入與人才培育,在不遠的未來,當太空時代來臨,當太空採礦與殖民技術開始普及時。這些知識的累積或許能助人類解決地球資源環境問題,更帶領我們探索未知邊疆,勇踏前人未至之境。

 

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