硬科幻《火星救援》看了嗎?別被開頭給騙了

2021-01-11 快科技

昨日,太空科幻大片《火星救援》終於在國內上映了。在電影開篇,太空人馬克·瓦特尼(馬特·達蒙飾)與隊友剛著陸火星不久,就遇到了一場特大型塵暴,馬克不幸被風暴捲起的天線擊中,受傷昏

那麼,真實的火星沙塵暴是什麼樣的呢,究竟有多強?不得不說,雖然《火星救援》堪稱太空硬科幻的佳作,但這段火星風暴的描寫相比現實誇張太多了。


2008年3月勇氣號拍到的火星上的龍捲風,相比較地球上的龍捲風,火星的龍捲風對地球人沒什麼破壞力

火星擁有可以席捲全球的沙塵暴,塵暴規模大到一定規模甚至可以在地球上用望遠鏡觀察到。1971年抵達火星的第一顆火星人造衛星水手9號,在進入火星軌道後就發現火星上正在發生全球性的沙塵暴,持續了幾個月才結束。勇氣號與機遇號也在2007年遭遇了火星全球沙塵暴,太陽能電池陣發電量巨減,火星表面能見度較低,但最終還是度過了這段危險時期,在火星上頑強的生存了下來。

每年火星都會有幾場大的塵暴,然後擴展到像一個大洲面積大小的區域並持續數周。比這種年度塵暴規模更大的風暴一般較少發生,但是一旦發生,塵暴的規模是巨大且激烈的,比如席捲火星全球的塵暴。火星全球性塵暴平均每3個火星年(5.5個地球年)發生一次,常見的普通塵暴會成長擴大到全球規模並席捲全火星。

但是在電影《火星救援》裡,能夠將太空人陷入險境的塵暴在火星上是不可能真實發生的。即使是火星最大的全球性塵暴也不可能吹翻或扯破主要的機器設備。最強火星塵暴風速的最高值只有96千米/小時,約26米/秒,不到地球上某些颱風(中心附近風力達到12級以上)的一半。

把關注點只放在風速上會有些誤導,畢竟還有很重要的一點,火星表面的大氣密度只有地球的百分之一。打個比方,如果你想在火星上放一隻風箏,需要比地球上高很多的風速,才能把它吹上天空。地球與火星沙塵暴最大的區別在於火星大氣壓很小,大氣層稀薄。所以即使以同樣的風速吹相同的物體,強度是不同的。

機遇號在著陸的第1205、1220、1225、1233、1235個火星日所拍的火星表面照片,顯示全球性沙塵暴造成的火星表面能見度變化;最右圖片顯示當天99%的陽光被塵暴遮蔽

探測器電池板的挑戰:

但是火星塵暴並不是無害的火星的沙塵粒子非常細小且帶有微靜電,它們會附在任何物體的表面,甚至鑽入機器內部會動的物體上,比如齒輪

影片《火星救援》裡,馬克不得不每天穿著艙外太空衣,用刷子清掃居住艙外太陽能電池陣列上的灰塵。當然,這是有人打掃的情況下,目前火星表面的火星探測器都是無人的。如何設計在火星上使用的機器設備,讓火星沙塵儘量不落在機器表面或進入內部,對工程師來說是個挑戰。

對火星上的太陽能電池板來說,即使是非常小的沙塵暴,也可能捲起很多沙塵覆蓋在電池板上,沒有足夠的陽光直接照射到面板上也就無法提供充足的電力。如果遇到全球性塵暴,可能會產生一個問題:揚起的沙塵進入大氣會降低大氣透明度,到達火星地表的陽光也會少很多。《火星救援》的小說裡,就有提到馬克在一片大型沙塵暴外圍注意到天色微弱的變暗,並造成太陽能電池陣發電能力下降的情節。

當最強的全球性塵暴來臨時,在火星表面工作的漫遊車或著陸器等設備需靜靜等到塵暴結束,這既是為了節省電池電力,也是為了保護精密的儀器設備。目前仍在火星工作的機遇號,自2004年著陸火星以來,很幸運只在2007年遇到過一次全球性塵暴。當時機遇號關閉了主要儀器,進入低耗電的生存模式數周。

2008年火星上發生的一場塵暴使得勇氣號太陽能電池陣發電量明顯下降,但是禍兮福所倚,火星上的風時常也會吹走電池陣上的沙塵使發電量回升

太陽讓火星塵暴再飛一會兒:

全球性的火星塵暴可能會將沙塵完全覆蓋電池板,並遮蔽陽光。而太陽輻射還是會抵達火星表面並推動塵暴增強。當它們抵達火星表面後,會加熱火星表面的空氣,而遠離表面的空氣依舊較冷。冷熱兩種空氣在一起產生對流,較熱的空氣會帶著表面的沙塵揚起上升,這樣引起了更大規模的塵暴。這些可以成長至大洲面積大小的塵暴有時會合併為全球性塵暴,使整個火星表面都揚起沙塵。

所以,太空人登陸火星真正需要擔心的不是火星塵暴的猛烈,而是塵暴的規模與持續時間。《火星救援》裡馬克一個人在火星待了近兩年,沒有遇到全球性塵暴,也算很幸運了。

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