 既然地球之外的行星环境这么恶劣，移居火星什么的完全是痴人说梦。一天前我回答了腾云公号的十个读者问题，其中有一个问题是：“如果有一天人类移民外星，哪个星球是比较合适的选择？”我的回答是：“目前我们并没有发现像地球一样对人类这么和善的星球，哪里去找这么好的家啊。最近大家看了《火星救援》了吗？火星很接近地球了，你看环境多恶劣啊。”还有一个问题是：“有人说移民火星可以降低房价，您觉得能降多少？”我的回答是：“如前所说，火星环境恶劣，种一百平米的土豆多费工夫，更不用说建房子了，估计房价每平米一亿人民币，这还是打了一折的。至于物业费，你自己想想吧。”当然，马特达蒙演的植物学家马克·瓦特尼实际种了一百多平米的土豆。 火星是最接近地球的星球了，还存在过水。有人推测，没准很多年前（若干亿年前）火星上的条件很类似地球，因此出现过生命。有的人更进一步推测，地球上的生命其实源于火星，也许是什么小行星撞击火星将火星上生命的种子带到地球来了。当然，所有这些只是猜测而已。美国人的词汇表中有“火星人”，指的当然不是我们的祖先，而是那种具备某种罕见品质的天才。我们这个领域，有一个火星人，就是爱德华·威滕。这位火星人一生研究超弦理论，现在我倒觉得，这个理论确实来自于火星，要被实验证实大概需要一个世纪甚至千年以上。 既然火星是不毛之地，我们为什么要探索它？月亮更加不毛，是个没有内部活动的死星（对啊，月亮上真的没有嫦娥和玉兔，不然她们得靠吃玄武岩生活），我们还要探索它。是的，月亮上确实有不少未来非常有用的物质，例如氦三，可以用于核能发电。可是，一来可控核聚变技术的实现还很遥远（大约与量子计算机一样遥远），二来开发这类月球矿藏代价太大了。为何还要探月？为何在发射嫦娥一号、二号和三号之后还要很快发射嫦娥四号？为何中国还计划载人登月？真的不因为任何经济上的理由，因为月亮在那里，我们就想去。 火星也在那里，人类当然想去。美国想去不是一天两天了，政府有计划，民间也有计划。埃隆·马斯克就想去，他的spacex公司甚至还想做火星移民呢。当然，如前所论，火星移民很难很难，但喊喊口号，还是能够帮助发展探索火星的其他计划的。我们中国对火星也有想法，火星探测器萤火一号也诞生了，但因为俄国航天器变轨失败，萤火一号也就消失在茫茫太空中了。我们相信，在探月的同时，中国还会继续探索火星的计划。《火星救援》里的太阳神计划就是中国的，这部电影嵌入中国元素包括太阳神计划和陈数，不完全是为了考虑中国票房。太阳神计划也许比美国人还先进，我觉得未来二十年或者三十年后完全有可能。 说了半天还没有谈到我的本行物理学，现在聊几段。首先，电影中很多时间给了瓦特尼种植土豆的情节。瓦特尼是植物学家，我不是，因此我不知道在火星上种植土豆的难度。植物生长涉及很多生物学条件，比如土壤，比如肥料。植物生长还涉及物理学，比如光合作用需要阳光。火星和太阳的距离比地球和太阳的距离大了一半，也就是1.5倍。根据最简单的光学公式，火星接收到的太阳光照是地球的一半还不到。当然，土豆叶接收到的光照应该比这个数据大些，因为火星上的大气比较稀薄，吸收阳光也就少些。光照不足也是火星上温度很低的原因之一，平均温度零下55度，夏天还好，据说温度可达27度，正是读书的最佳温度哦。 植物生长涉及到的另一个物理学问题是植物输运营养。植物的维管组织负责输送养分，其中最重要的物理原理是毛细现象，利用毛细作用。毛细现象是植物维管的管壁对水向上拉力与重力的平衡使得水位上升，上升的高度与重力加速度成反比。火星的重力加速度是地球重力加速度的0.38倍，这样，水位上升的高度就是地球上维管中水上升高度的2.6倍，植物生长应该容易些，没准土豆植株会长得高一些，当然，我不懂植物学，是肯定会高一些呢，还是需要若干代的进化才会长得高一些就不知道了。 谈到火星上的重力就不得不谈另外两个话题。第一个是，我们看到瓦特尼在火星上行走得比较慢。其实，在月球上行走也会慢一些。这有点反直觉，因为我们会觉得人体变轻了走路更加容易。其实不然，人体轻了，如果使劲走就会跑起来，双脚同时离开火星面。为了保持走路得姿势，我们反而得小心一点。正确的公式是，人走路的速度是重力加速度的开平方，这样，在火星上行走速度就是地球上行走速度的0.6倍。另外，月球上得重力加速度是地球的1/6，月球行走，速度是地球行走速度的0.4倍。 和重力相关的还有一个现象是山的高度。重力越大，山高越低，道理很简单，如果山太高，底部对地面的压力太大，地面自然会下陷。根据计算，地球上最高的山是十公里，这正是珠峰接近的高度。火星上的山原则最高能够达到多少？最高高度也与重力加速度成反比，这就是说，火星上的山最高可达26公里。火星最高峰奥林匹斯山确实已达27公里，是太阳系内的最高峰。这座山峰也出现在《火星救援》里。 关于《火星救援》的物理学还可以写很多，例如那位黑人编程天才建议利用地球弹弓效应加速阿瑞斯3号飞船，这艘飞船如何利用转动产生人工重力，一个人如何在一艘飞船中慢跑锻炼，瓦特尼的肌肉与火星重力的关系，等等。 其实，我还想谈谈瓦特尼的一身肌肉，太令人羡慕了，但是还是别跑题吧。 《火星救援》打着科幻电影的名义，写的是科学和励志故事。万一有一天我被拉在火星，我会怎么办？我也会说出瓦特尼说的话，让科学帮我活命，让科学征服火星。我现在老了，能不能像他活过五百天真不知道。当然，意志可能比体能更重要，瓦特尼的意志我自信是有的，肌肉呢？我没有那么多，肌肉多既是好事也是坏事，因为它太耗营养。 中山大学未来在珠海校区建设物理与天文学院，我们将进行空间科学与技术研究。也许，未来的“太阳神计划”也会有我们的贡献。 |
《火星救援》里的物理学 -j9九游会官方
2015-12-07 09:26:08 来源：神木新闻网 点击：
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