【科學史沙龍】〈失之毫釐差之千里的火星探險〉&〈地球很危險，你還是回火星去吧〉

〈失之毫釐差之千里的火星探險〉

火星是天空中第三亮的行星，由於其深紅色與善變，人們對其充滿各種天馬行空的想像。隨著現代望遠鏡以及火箭技術的發展，我們不但能夠看到愈來愈清晰的火星，甚至得以如同親訪般探測火星。本講次介紹火星觀測的技術、成果、以及未來展望。

講師：陳英同｜中央研究院天文及天文物理研究所支援科學家

比鄰地球的火星，大小只有地球的 15% ，重量只有地球的 10% ，大氣中有 95% 是二氧化碳，不太適合人類居住；但由於其表面氣溫介於 35 度到零下 143 度之間，雖然偏冷但勉強可適應，因此相較於炙熱的金星，一直是人類有在考慮的太空移民地點。

在望遠鏡發明之前，火星就是夜空中的一個亮點，而由於火星無論是位置及亮度上都常變不定，「熒惑守心」的占星現象造就了不少傳說。進入望遠鏡觀測時代之後，因為舊時代望遠鏡的解析度不佳，所觀測到的一些貌似運河的圖樣型態，令火星人假說甚囂塵上了好一陣子。隨著電腦與衛星這兩大利器的發明，火星觀測得以針對地球自轉、行星公轉、空氣擾動等等因素進行修正，底片與數位相機也可拍下解析度更高的影像，火星的樣貌才真正逐漸揭露於世人眼前。

火星的太空觀測始於 1964 年，水手四號成功拍到二十餘張飛越火星的照片，顯示火星上一片死寂，像月球一樣充滿隕石坑。後繼的水手系列任務陸陸續續拍到一些照片，到 2014 年共有 48 項火星計劃，其中三分之二是失敗的，但是成功的任務有拍到一些類似人臉、人造物、或是符合數學比例的地貌。隨著照片解析度逐漸提高，顯示這些圖像應該仍是自然形成的，也陸續拍到了兩極冰冠、沙丘、以及沙塵暴等等地貌。

火星任務的難度，在於不但要打造能夠應付火星日夜溫差，且能承受著陸衝擊力的堅固載具，同時亦要在燃料限制之下控制載具重量，並且精準地估算出在高速航行之下，僅僅只有數分鐘的降落窗口。火箭科學家為此設計出專供火星登陸車使用的降落傘、安全氣囊、飛天起重機等等著陸方式，雖然失敗率仍然偏高，不過諸如機會號、精神號、好奇號等等著陸成功的探測車，皆得以維持運作好幾年，遠遠超過當初設計的預期使用壽命，為人類傳回了寶貴的火星資料。

隨著民營企業火箭發射成本愈來愈低廉，以及通訊工程的長足發展，今後的火星探測可望進入新紀元。 NASA 、 ESA 以及阿聯酋都在 2020 年啟動了新的火星探測計畫，而日本、俄羅斯、印度與中國等國，也都在著手籌備新的火星任務，競相加入火星探險的行列。

〈地球很危險，你還是回火星去吧〉

火星這顆以戰神為名的紅色行星，早在 1970 年代美蘇進行太空競賽時，就已經是另一個戰場。 SpaceX 創辦人馬斯克更宣稱希望在 2050 年之前，能將 100 萬人送上火星。本講次介紹火星探索任務的歷史，並從科學與工程的觀點，探討火星移民的挑戰。

講師：陳炳志｜成功大學物理學系副教授

從地球上用望遠鏡觀察，火星看起來是一顆偏紅，極冠為白色，沙塵暴會造成季節性變化斑塊的行星。它雖然不是距離地球最接近的行星，但是因為正好位於太陽適居帶的邊緣，具有可讓液態水存在的條件，因此人們對於火星的興趣，始終遠大於最接近地球的金星。火星跟地球一樣有個略為傾斜的自轉軸，因此會有四季變化，自轉一周的時間也與地球相近，為 24 小時 40 分；重力跟太陽光照皆為地球的 40% 左右，雖然低重力可能會造成人類骨質疏鬆、心肌變弱等等問題，光照不足則可能會使得植物不易存活，不過或許還可以透過工程手法加以改善。以適居條件而言，火星與地球差異最大之處在於大氣，其大氣壓不到地球上的 1% ，組成成分卻有 95% 是二氧化碳，與地球大相徑庭的缺氧環境，是日後若要移居火星，必須克服的一大課題。

無論是發射觀測衛星、登陸車、或是日後移民火星，都必須利用火星、地球與太陽排成一線，火星較為接近地球的「火星衝」。火星衝大約每隔 779 日發生一次，這些都是觀測與拜訪火星的大好時機。然而登陸火星的失敗率不低，主因在於必須要控制降落速度，然而火星與地球訊號往返需要六分鐘，不可能進行及時控制，因此降落指令都必須事先計算編程，而後聽天由命碰運氣。

歷代的火星探測任務各有其發現。 1976 年登陸的維京號，檢測氣體代謝、放射性碳標記、熱解釋放、以及質譜儀分析，發現火星土壤含有過量的過氧化物、酸度與鹽度，對維持生命不利。 1997 年的拓荒者號與旅居者號，確認火星過去曾具有水循環。 2006 年的火星勘測軌道衛星，可追蹤火星大氣水和塵埃的變化，並藉由研究地表礦物與分層，了解火星過去的氣候變化。 2008 年的鳳凰號，在火星極區的土壤中發現碳酸鈣，證實過去火星曾經有液態水存在。

人類若想要移民火星，最大的問題在於火星大氣稀薄，磁場又相當薄弱，在欠缺大氣層與磁場的保護下，火星表面的輻射劑量是地球表面的 30 倍，兼之太陽風會吹走水分子，使得液態水在火星表面幾乎無法存在，過高的鹽度不利於維生。由於太陽風導致的大氣流失，是火星氣候變遷的關鍵， NASA 提出一個天馬行空的概念解決方案，在火星與太陽之間設立一道人造磁盾，為火星阻隔太陽風離子，以防止火星大氣與之產生互動而散逸。至於如何把人們送上火星，相較之下倒沒有那麼困難，馬斯克已在著手規劃建造可重複使用的大量運載火箭，打算利用每隔 26 個月的火星衝，將 100 萬人分批送往火星。不過雖然有「地球很危險，你還是回火星去吧」這樣一句慣用語，不過實際情況是火星比地球危險多了，在我們有能力把火星改造成真正適居的地方之前，還是先留在地球上吧！