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《火星救援》中的地理问题  

2016-11-14 12:33:44|  分类: 谭天说地 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2016-09-08 谭老师 谭老师地理工作室

在一次人类登陆火星的任务中,宇航员马克·沃特尼(马特·达蒙 Matt Damon 饰)经历了一场恶劣的风暴后,与他的机组成员失联,所有人都认为他在这次任务中丧生。然而,马克却幸运地活了下来,然而他发现自己孤单地置身于异星球。面对贫乏的生命补给,马克必须用他的聪明才智和顽强的精神存活下来,并找寻向地球发出“他还活着”求救信号的方法,而地球上的人也面临着是否前往火星去拯救他的分歧。

我们先聊一下

1、火星

火星(Mars)是太阳系八大行星之一,天文符号是♂,是太阳系由内往外数的第四颗行星,属于类地行星,直径约为地球的53%,自转轴倾角、自转周期均与地球相近,公转一周约为地球公转时间的两倍。橘红色外表是地表的赤铁矿(氧化铁)。我国古书上将火星称为“荧惑”,西方古代(古罗马)称为“战神玛尔斯星”。

火星基本上是沙漠行星,地表沙丘、砾石遍布且没有稳定的液态水体(前不久,美国宇航局公布火星上有少量的水)。二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷,沙尘悬浮其中,每年常有尘暴发生。火星两极皆有水冰与干冰组成的极冠会随着季节消长。


与地球相比,火星地质活动较不活跃,地表地貌大部份于远古较活跃的时期形成,有密布的陨石坑、火山与峡谷,包括太阳系最高的山:奥林帕斯山和最大的峡谷:水手号峡谷。另一个独特的地形特征是南北半球的明显差别:南方是古老、充满陨石坑的高地,北方则是较年轻的平原。


2、火星尘暴

火星表面的尘暴,是火星大气中独有的现象,整个火星一年中有1/4的时间都笼罩在漫天飞舞的狂沙之中。由于火星土壤含铁量甚高,导致火星尘暴染上了桔红的色彩,空气中充斥着红色尘埃,从地球上看去,犹如一片桔红色的云。


形成全球性大尘暴后,太阳对火星表面的加热作用开始减弱,火星上温差减小,尘埃逐渐平息下来,回降到表面,一次长达好几个月的大尘暴就这样结束了。大风暴有时可以席卷整个星球。

火星尘暴是火星大气中独有的现象,这种现象是发生在火星运行到轨道近日点前后。科学家们认为,这是因为此时太阳对火星表面的加热作用比较大,热空气上升,尘埃扬起,尘暴开始形成,并且慢慢扩展。


3、火星大气

火星的大气密度只有地球的大约1%,非常干燥,温度低,表面平均温度零下55℃,水和二氧化碳易冻结。在火星的早期,它与地球十分相似。像地球一样,火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动,火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中,从而无法产生意义重大的温室效应。因此,即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置,火星表面的温度仍比地球上的冷得多。

火星的两极永久地被固态二氧化碳(干冰)覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的,它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过,所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层(左图)。这种现象的原因还不知道,但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右。(由海盗号测量出)。但是通过哈勃望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气似乎比海盗号勘测出的更冷、更干。


4、火星日

是指火星上一“昼夜”的时间,即火星上的一个太阳日。火星的一个恒星日的平均长度是24小时37分22.663秒,而火星的一个太阳日平均为88775.24409秒或24小时39分35.24409秒[7]。火星的平均太阳日仅比地球长近2.7%。


火星与地球一样存在均时差,它可以通过火星的日行迹来计算。由于火星的轨道离心率比地球大,所以火星的太阳日长度相当不恒定。平均一天的长度变化幅度比地球大很多,在火星上,太阳比火星钟表的运行有时要慢50分钟,有时又可快40分钟。


5、火星地貌

火星和地球一样拥有多样的地形,有高山、平原和峡谷,火星基本上是沙漠行星,地表沙丘、砾石遍布。由于重力较小等因素,地形尺寸与地球相比亦有不同的地方。南北半球的地形有着强烈的对比:北方是被熔岩填平的低原,南方则是充满陨石坑的古老高地,而两者之间以明显的斜坡分隔;火山地形穿插其中,众多峡谷亦分布各地,南北极则有以干冰和水冰组成的极冠,风成沙丘亦广布整个星球。

火星的火山和地球的不太一样,除了重力较小使山能长的很高之外,缺乏明显的板块运动,使火山分布是以热点为主,不像地球有火环的构造。火星的火山主要分布于塔尔西斯高原、埃律西姆地区和零星分布于南方高原上,例如希腊平原东北的泰瑞纳山(Tyrrhena Patera)。

6、火星土豆

在电影《火星救援》中,男主角被困火星,为填饱肚子生存,只得以粪便为肥料,种土豆为食,才在火星上苦撑500天后等到救援。如今,NASA真要在火星种土豆了,目标是将来在火星设立种植基地。

NASA与CIP将开始在地球上类似火星的环境中培育土豆,希望最终在火星上建造一个可控制气候的“穹顶”,来种植这种古老的农作物。该团队将在实验室中复制火星的大气条件,使用来自潘帕斯德拉霍亚沙漠的土壤,这种土壤据称几乎与火星上发现的土壤完全相同。


CIP解释道:“火星的大气中95%是二氧化碳,高浓度的二氧化碳将有利于土豆的生长,其收成将是正常地球环境下的两到四倍。如果成功,CIP和NASA将成为未来太空农业的先驱。”


为什么选择种土豆?农业学家们一直在宣传种土豆的好处,因为土豆中不仅富含膳食纤维,营养丰富,还能在恶劣条件下生长。关于土豆种植的记录最早能追溯到公元前2500年。目前,世界上诸多国家将土豆当作主粮,比如欧洲国家人均年消费量稳定在50-60公斤,俄罗斯人均消费量达到170多公斤。

最低气温零下153℃,没有水源,土壤成分不合适,没有氧气,在火星上种土豆真的可行吗?其实,NASA已经在实验室中模拟火星的土壤和空气环境,并成功种植了十余种植物。

7、火星的冰

2007年三月,NASA就声称,南极冠的冰假如全部融化,可覆盖整个星球。

 推论有更大量的水冻在厚厚的地下冰层(cryosphere),只有当火山活动时才有可能释放出来。史上最大的一次是在水手谷形成时,大量水释出,造成的洪水刻划出众多的河谷地形,流入克里斯平原。另一次较小的一次,是在五百万年前科伯洛斯槽沟(Cerberus Fossae)形成时,释出的水在埃律西姆平原(Elysium Planitia)形成冰海,至今仍能看见痕迹

《火星救援》中是这么取水的:

第一步,取出火箭燃料联氨,随后用在铱的催化下,联氮就会分解成氢气和氮气。接着,引导氢气到一个空间点燃,那么水就会生成。N2H4 + O2 → N2 + 2H2O,这就是整个过程的反应式。

2015年9月29日,美国宇航局称最新证据表明此前在火星表面一些陨坑坑壁上观察到的神秘暗色条纹可能与间歇性出现的液态水体有关。来自卫星的数据表明这些出现在坑壁上的暗色条纹可能是含盐水体沉积过程产生的结果。尤为关键的一点在于,这种含盐水体将能够改变火星表面水体的冰点与沸点,从而使得液态水体在火星地表的存在成为可能。


8、火星救援想告诉我们什么?

《火星救援》的意义远不止能让20世纪福斯赚的盆满钵满,它会重燃人类探索太空的渴望,它将激励新一代宇航员的诞生。观看达蒙的太空独角戏是种享受,在他的诠释下,主人公马克火星求生的奇迹很有说服力

我们看一下马克的遗言:

如果我死了,我需要你去拜访一下我的父母。

虽然我知道这很难,因为你很难跟一对年迈的父母谈论他在火星上死去的儿子。

我没有放弃,我每天都在努力。

请告诉他们,告诉他们我爱我的工作。

而且我的牺牲,是为了大事,美好的,可能改变人类的大事。

剩下的,你们自己解读吧


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