看电影《火星救援》之前需要了解哪些基本的科学知识

Question

如题所述

Answer 1

▍火星风暴

故事的起因是火星上突然而来的风暴，风速高达每小时180公里，几乎摧毁了让队员们离开火星的火箭，他们只好提前离开。据果壳网最新一期《科学棒棒棒》主编徐来介绍，火星上形成不了180公里时速的风暴，因为180公里时速的风暴相当15级的强台风。可是火星的大气压只有地球的1%，从风的动能来说只相当4级的风。这其实是电影的一个技术bug，虽然原著作者Andy·Weir知道这个问题，不过为了剧情需要他还是利用了这个bug。

▍火星日

月球的重力是地球的 6 分之一，而火星的重力乃地球 2.5 分之一，火星也有自转与公转，如果我们依据太阳运动来定义时间，那火星一天的时间为：24 小时 39 分钟 35.24409 秒，比地球太阳日长 2.7%。因此使用火星日便是根据火星的生态作息来过生活。

▍火星上种土豆

在火星上种土豆不是一件简单的事情，虽然男主是加州大学的植物学家，但是他并不擅长种土豆。种土豆不光需要活的土豆，还需要阳光、氧气、二氧化碳和水。

目前科学界认为火星的土壤真的可以种蔬菜，不过要成功可不简单，曾经有研究人员利用火星上探测器的数据，在地球上彷造火星的土壤，结果成功地让植物发芽、生长，不过只活50天。除了以上的因素之外，还需要养分，男主是一位植物学家，他看一眼真空厕所就找到了方法，因为粪便中微生物，可以得到植物所需要的养分和矿物质。不过，在火星上种土豆最重要的是：水！

▍水从哪里来

男主为了种活土豆，他想到利用留下来的火箭燃料。火箭的燃料是“联氨”（hydrazine，N2H4 ）通过燃烧里面的氢原子与周围的氧气结合，就会产生水：N2H4 + O2 → N2 + 2H2O。不过联氨是传统的火箭燃料，是有毒的物质，燃烧的过程一个不小心还会爆炸。所以男主没有直接燃烧燃料，而是先用催化剂，把火箭燃料分离成了氮气和氢气。

我们知道氢气和氧气一起燃烧就会生成水，不过氢气经常不能够充分燃烧，会有小部分逃逸出来，聚集多了之后就会可能引发爆炸。不过男主马特·达蒙反其道而行之，让氧气在氢气中燃烧，为此他制作了一个设备，在其中充满了氢气，然后把氧气一点点输入进去，让氧气在氢气中充分燃烧。但是他忘了自己呼出的气体当中，也是包含氧气的，这一点造成了后来的爆炸。最后他发现了这里面的bug，戴上头盔才解决这一bug。事实上，在Andy·Weir写《火星救援》的时候，NASA就宣布了火星表面上有液态水，某些地区每到夏天就会有深色的“水渍”往山谷流下。

▍火星任务

NASA开展一次火星任务从开始到结束需要三年时间，前期需要大量的时间分成14次无人飞行任务运送物资到火星固定位置上。物资到位后，宇航员以常规方式进入地球轨道，乘飞船登上赫尔墨斯号。在准备期间，会有四次无人飞行任务为宇航员运送燃料和给养。一旦所有工作准备完成，宇航员就启程飞向火星。花上数天时间，消耗大量化学燃料，将飞船送入火星轨道。进入火星轨道后，宇航员乘坐MDV（降落仓）抵达火星地表。他们结束31个火星日的任务后，MAV（返航仓）将他们送回赫尔墨斯号。

▍登陆火星

电影《火星救援》虚构了“Ares3号任务”搭载离子推进器的赫耳墨斯号飞船实现人类首次登陆火星。而离子推进器则是真实存在的科技，NASA位于格伦研究中心的电子推进实验室，其”演进氙离子推进器"(简称NEXT)引擎，该7千瓦推进器旨在推动NASA未来的深空探测器，可达到时速32.1万公里的推进力。"NEXT"的全称为"NASA's Evolutionary Xenon Thruster"，NEXT离子推进器是取代燃料火箭(工质)，更适合太空飞行的(非工质)动力引擎。

▍火星救援难度

火星救援最困难的是如何离开火星表面。这就是为什么有人想出了有去无回的殖民计划，因为返航实在太难了。想想我们用来离开地球的火箭，那往往是非常巨大的；再比较一下月球登陆舱：小小的一只盒子，就能飞离月球表面了。这就是重力和大气造成的区别。当有人说起甲烷氧气燃料，他们说的是从火星大气中制造燃料的做法，这就是MAV（返航仓）起飞的方式，它先是在火星上降落，然后就待在那里制造燃料。如果你能用火星大气造出15000公斤的火箭燃料，那就相当于可以随身少带15000公斤燃料。

▍火星探测旅居者号

男主如何开着火星探测旅居者号驶过3200公里？主要是直接用太阳能板给蓄电池充电。同时为了保暖，男主做了一件被禁止的事情，就是挖出前几次任务装有2.6千克同位素钚238的发电机，相当于一台大概1500瓦左右的取暖器。男主就是靠太阳能充电和钚238的发电机取暖，驶过3200公里到了救援准备地点。

▍十六进制

16进制是计算机中数据的一种表示方法。同我们日常生活中的表示法不一样。它由0-9，A-F组成，字母不区分大小写。与10进制的对应关系是：0-9对应0-9；A-F对应10-15；N进制的数可以用0到(N-1)的数表示，超过9的用字母A-F。男主和地球图片交流的时候为什么要用16进制呢？不是还有二进制，十进制么？其实答案很简单，那就是编成代码会比较短。毕竟火星到地球发张照片就要半个小时，所以如果用二进制0101写不得写死。而如果用26个字母呢？主角也说了，一个圆划分得太细，不容分的清，造成信息误读反而减低效率。

▍星际通讯

电影中常常出现“用卫星来通讯”这个桥段，当然这件事情如果是只限定在地球上的话，从物理的角度来看是没有错的。我们行动电话所使用的通讯是透过无线电，基本上无线电只能够直线前进，高山与大楼都会阻隔无线电讯号，所以地面上需要设立很多无线电基地台。就算没有高山或大楼，地球本身也是球型，地球表面上就不可能有一条直线(不是弧线)把台湾与美国直接连起来。

所以就需要把讯号发射到天上的卫星，再从天上的卫星把讯号再传到地球的另一边。这种卫星就是通讯卫星，通常在地球的同步轨道上，同步卫星在地球赤道面上绕一圈24小时，与地球自转时间相同，所以从地面上来看，相对于地球上是静止在同一位置。

只要是同步卫星的讯号范围内，就可以在任何一个时间做通讯。本片的场景包函了火星与地球，理论上火星与地球可以经由地面上的天线站，经由无线电讯号的传送直接联络、也可以让地面上的天线站透过火星与地球中间的卫星传递无线电讯号来联络。无线电讯号基本上是走直线的，因为火星与地球都会自转，地面天线站随着火星与地球的自转，转到无法让无线电顺利的传送时，火星和地球就无法联络了。

▍中国宇航局在救援中的作用

中国宇航局主要作用是，将中国的太阳神火箭协助美国把爱丽丝号（MAV，男主最后回来的座驾）送到火星，NASA总结出两份计划：一是把爱丽丝号直接用太阳神送到火星，让瓦特尼等到战神四号的组员抵达；二是把爱丽丝号送到正在减速的哈美斯号（Hermes），并让其加速，进行重力助推前往火星，把男主接走。NASA选择了第一个，但有人秘密地把计划二的内容告知战神三号的组员，并在全员赞成的情况下告知控制中心，让他们发射火箭，把爱丽丝号送上来。

▍为什么要尽可能扔掉返航仓的东西

喷气推进实验室的研究员发现：因哈美斯号进行重力助推后速度较快，只能进入较高轨道，而上升载具要载着一个人到达这个高度，必需减掉五千公斤的质量。因此，他们指示瓦特尼到达后把鼻锥、窗户、控制台、座椅等等拆掉，仅剩下一张椅子和船壳，并从哈美斯号遥控升空。

Answer 2

找对地方了，都有的，全部，1 看我简介了解一下火星救援