【CASE電影院】百年熒惑說分明 ─ 從「絕地救援」談太空探險
■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。
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。
2.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....
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。
