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既然火星離地球只有 5.6千萬到 9.6千萬公裡，為什麼要飛行6-8個月才能抵達呢？
地球、月亮、火星距離比較，登月用時在三天左右（圖片來源見水印）
為了找到從地球到火星的飛行速度，我去搜查了很多資料。據美國宇航局（NASA）所說，一枚速度為40,234千米每小時的普通火箭需要2.5個月就能到達火星。
那為什麼當我們讀到關於未來載人火星計劃的時候，都說需要6到8個月才能到達火星呢？
人類第一次登上火星（圖片來源）
難道進入軌道後關閉飛行引擎來節省燃料這個說法是不正確的，用時才會這麼長嗎？並且根據牛頓第一定律，「在沒有非平衡力作用的情況下，靜止的物體趨於保持靜止，而運動中的物體趨於用不變的速度朝著不變的方向運動」，既然太空中不存在摩擦力（非平衡力），那也解釋不了不同的飛行時長。
你能告訴我為什麼存在這麼大的速度差異嗎？
這個問題問得很好！其實到NASA網站上讀到的內容有點誤導人，因為他們沒有考慮到在火箭從地球向火星飛行的同時，火星和地球這兩個行星也在運動（你要讀了網頁下方的註解才會有詳細解釋）。NASA是把火星和地球能達到最近的距離作為前提，並且假設他們不移動，來算速度為4000萬千米每小時的火箭飛行用時。在這種情況下，用一個非常直白的移動距離等於速度乘時間公式（x = vt），就能得出飛到火星需要2.5個小時。
火星地圖（圖片來源）
但在實際操作中，當宇宙飛船從地球快要抵達火星時，會發現火星從原先的位置移動了不少，那可不就沒地方著陸了嗎！而且，太陽系中所有的天體都因為太陽的重力在軌道運行（通常是橢圓形），這就說明了兩個天體之間是不能走直線的。所以我們要瞄準火星在宇宙飛船到達時的預測位置，同時橢圓形的飛行路線也讓飛行時間變得更長。
通常情況下，天文學家們計算抵達火星的飛行用時的時候會考慮一種特殊的軌道，叫作「霍曼轉移軌道」（Hohmann Transfer Orbit）。
霍曼轉移軌道示意圖（圖源: Wikipedia)
這個軌道是所需最少能量的飛行軌道（更少的能量等於更少的火箭燃料，使飛行更加經濟）。你得到的數字—8個月—就是在霍曼移轉軌道上的大約飛行時間。當然也有很多其他的可行軌道，但霍曼軌道是最節省燃料的一種。如果選擇一條不同的軌道並且願意多用些燃料，說不定還能更快速地抵達火星。
確切的飛行軌道還要根據其他條件而定，比如精確的地火幾何位置、在火星上的著陸點、以及預計的抵達速度。就我所知，NASA任務基本上使用兩種軌道，一型星際軌道（Type 1 interplanetary trajectory）與二型星際軌道（Type 2 interplanetary trajectory）。一型星際軌道要更快一些，軌道圍繞太陽不到180度，用時大約7個月；二型星際軌道大約要飛行9個月時間，圍繞太陽旋轉多於180度。你可參考一下火星奧德賽號的軌跡示意圖。
奧德賽號軌跡示意圖（圖片來源）
總而言之，這就是為什麼飛行時間存在差異。如果背景知識充足的話，你還可以去看看這個網站，上面用克卜勒定律（Kepler's Laws）推導出了飛船經過霍曼軌道抵達火星的用時。另外一個叫「宇航基礎」（Basics of Spaceflight）的網站，也描述了在「噴氣推進實驗室」（Jet Propulsion Laboratory）裡進行的軌道設計。
相關知識
火星（拉丁語：Mars, 天文符號♂），是離太陽第四近的行星，也是太陽系中僅次於水星的第二小的行星，為太陽系裡四顆類地行星之一。西方稱火星為瑪爾斯，是羅馬神話中的戰神，所以在英語中，火星是羅馬戰神的意思，通常被稱為「紅色星球」；古漢語中則因為它熒熒如火，位置、亮度時常變動讓人無法捉摸而稱之為熒惑。
火星是太陽系的八大行星中第二小的行星，其質量、體積僅比水星略大。火星的直徑約為地球的一半，自轉軸傾角、自轉周期則與地球相當，但繞太陽公轉周期是地球的兩倍。在地球上，火星肉眼可見，亮度可達-2.91，只比金星、月球和太陽暗，但在大部分時間裡比木星暗。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
translate: 小樸先森
author:curious
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