揭秘不可忽视的火星救援的硬伤 从电影教你科学知识

答

《火星救援》的原著作者安迪·威尔表示：惟一的硬伤其实也是书里最大的纰漏：故事的一开始，沙暴让沃特尼留在了火星上。

现实中，火星的大气压是地球的两百分之一，如果真有时速150公里的沙暴出现，由于空气极其稀薄，它造成的影响只相当于地球上一阵微风吹过。火星上的一场沙暴是根本没有破坏力的。
其实我在写书的时候就知道了这个事实。原本我想过换一个开头的：火星探索队正在升空仪器上做工程测试，结果发生爆炸。可后来一想，还是第一个开头来得有冲击力，而这是一个有关人与大自然的故事，我希望看到自然界先出第一拳。所以我决定为故事感染力牺牲科学准确性，猜想“哎，没多少人会知道真实情况的”。可现在电影版出来了，所有专家都在纠错：“嘿，沙暴根本没这个威力，火星上根本不是那样的。”
一、被刺穿宇航服的马特·达蒙Mark如何能在风暴中活下来？
首先，Mark为什么能在风暴中活下来？虽然，他的宇航服被刺穿，但伤口中渗出的血液及时凝结堵住了创口——且慢，仅仅靠着血液凝结就可以隔开宇航服内外的压力差吗？
火星大气的密度很低，“海平面”气压大约只有地球的0.6%，而宇航服内的气压呢？目前，看似厚重的舱外宇航服并不能在其内部维持1个大气压的环境，而是只有32.4千帕，也就是约0.3个大气压：这倒是让封堵创口的血块压力小了很多。
在相当于珠峰顶端的气压下，宇航员依然可以呼吸自如，原因在于呼吸的几乎是纯氧——虽然气体稀薄，但氧气的密度并不比空气中低。在这32.4千帕的气压里，氧气贡献了20.7千帕，这就是所谓氧气的“分压”，通常用来衡量各种呼吸气体中氧气的有效浓度。

这样看来，我们的主角并不会因为“漏气”而死，这的确是符合逻辑的。不过假如他没有及时苏醒，在氧气耗尽之前，也可能因为氧气中毒而彻底失去知觉——这话听起来怎么自相矛盾？

答

原来，宇航服呼吸系统的一个主要作用就是去除呼出的二氧化碳，Mark 晕倒这么久，吸收二氧化碳的化学制剂早已饱和，为了防止二氧化碳中毒，宇航服开始主动排气，并用备用的氮气填充进来保持气压。当氮气也不够用的时候，只好加入过量的氧气。如果氧分压超过45千帕，中枢神经，视网膜，肺部就很容易受损。
不过，如果火星宇航服的气压和目前的舱外宇航服一致的话，Mark活下来的概率还是很大的。
二、从地球到火星需要多久？为什么Mark的第一反应是要等待四年？
清醒之后，Mark就得考虑自己到底能不能撑到NASA来救他的那一天。从地球发射火箭到火星，最基本的思路就是找到一条连接地球和火星的椭圆轨道。
图1中蓝色的轨道就是航天器最常用的变轨方式——霍曼转移轨道。 不难看出，走这条轨道所花时间刚好就是这条椭圆轨道周期的一半，而轨道周期只和椭圆的半长轴有关。

因为这条轨道的半长轴介于地球和火星之间，而一火星年等于1.88地球年，所以从地球到火星至少需要大半年的时间。也许有人觉得这条轨道显然距离太长，为什么不选择短一些，譬如那条红色的轨道。这条红色轨道实际上是一个大得多的椭圆轨道的一部分，为了进入这条轨道就需要大量的能量，而人类目前的火箭技术还不足以支持这样的飞行，而且，为了从这条轨道登陆火星，必须进行减速，减速所消耗的推进剂不会比发射时少多少，这都是技术达不到的。

答

实际上，以人类目前的航天水平，直接走蓝色轨道都很困难，目前的大多数载人火星计划都需要空间站进行物资中继，所以刚开始，Mark根本没去想NASA会专门发射飞船去救他，而是静静的等待四年后的下一个火星任务。
三、怎么做才能在火星上能种出土豆？
既然决心活下去，那么生存三要素，空气，水，和食物必须得全部搞定。Mark所在的火星“基地”本是给6名宇航员执行31个火星日（Sol=Martian Solar day, 火星上太阳起落的平均间隔。等于24小时39分35.244秒，和地球的一天很是接近）的任务设计的，此前任务已经执行了6天，剩下的食物足够他撑过300天。
饮用水和空气倒是容易解决，基地里的制氧机（可以分解二氧化碳）和净水机只需要有足够的电力就可以正常工作，万里无云的火星很愿意配合。看来最大的问题莫过于食物了：Mark 必须在小小的火星基地里建立一个可以支撑数年的小生态系统，从而完成食物和排泄物之间的循环。