分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

科學知識和幽默,能讓人活過在火星被丟包的那些日子

螢幕截圖 2015-09-23 18.32.25

本文由二十世紀福斯影片公司贊助,泛科學策劃執行。

不小心把人獨自留在火星上的機率是多少?

千分之一?百分之一?

錯!是三分之一!

這是統計學,因為才去三次就中了。這個衰人就是馬克瓦特尼(麥特戴蒙 飾),戰神三號的組員,在他被「丟包」之前,沒人想過會有人需要單獨留在火星上。沒有備用通訊、沒有足夠食物,是要逼死誰啊!(就是馬克啊……)

還好,馬克是位植物學家,隻身一人但懂得自我解嘲兼解憂,還可以大聲稱自己是「火星上最厲害的植物學家」(反正也沒有人聽得到),除了研究花花草草,更經營火星農場求生。要是換成他的其他隊員被丟包,就……演完了。

mark

無巧不成電影,馬克還具備了機械專長,靠著數十年來人類丟上火星的故障設備,馬克變身馬蓋先,修復了探測車的通訊工具,好跟地球上的人們用攝影機點頭搖頭玩碟仙。

儘管地球跟火星差異很大,但很多在國高中、大一學過的知識其實都能派上用場。就讓我們稍微複習一下吧!而當命運(或機率)降臨,你就能成為搖身一變為魯賓遜、濱口優(XD),甚至馬克華特尼!

在火星求生的必需品?

不小心被丟包在火星確實蠻衰的,畢竟火星沒有像地球一樣的環境,沒辦法下海抓魚,沒法採野菜求生,當然也沒有兄貴蟑螂可以抓,甚至連自由呼吸都有困難!更根本的問題是,火星上沒有我們賴以為生的水……這應該是史上最艱難的《黃金傳說》(日本綜藝節目)了!

戲還是得拍下去!所以在劇中還是準備了些基本生存條件給馬克。好家在,隊員留下的居住艙五臟俱全,裡面有水和淨水器,讓珍貴的水能重覆利用。負責製造氧氣的製氧機也正常運作,這些都是在火星求生的必須設備,倘若沒有這些,應該也不會有載人上火星的計畫啦。

5nRRvHGGYRCkt1XT8f3IX3Wjqq1C_9rFW3hdsGc7dk8

不過,這部符合科學的電影進度依舊超前,目前人類還沒能在火星測試居住艙,不過已經在地球上測試。現在的載人太空艙中的水分皆可回收(Beasley, 2004),太空艙中的淨水器會盡可能大量收集水,像除濕機一樣把人體蒸散的水氣再收集起來,並過濾汙水,成為乾淨的飲用水。例如在國際太空站上,93%的水都會被回收再利用,而且在2010年之後,太空站就有了過濾器跟蒸餾器,每年可以回收6000公升的水,包括太空人的尿。

螢幕截圖 2015-09-23 18.34.39

至於從二氧化碳中變出氧的技術就難多了,但也不是做不到。儘管無法單純地把二氧化碳變成碳和氧,但可以把它電解成一氧化碳(CO)和氧氣(O2,一氧化碳還是可以拿來作其它燃料用途,而氧收集起來除可以呼吸用,燒東西也很好用(Hecht, et al., 2014)。2020年的火星任務探測車將會搭載MOXIE製氧機上火星(Brown, 2014),屆時就可以試試製氧機的效果是否和電影裡的一樣。

成為火星自耕農以前你必須要懂的三件事

一、火星上的土壤成份和地球不會差太多,只要「加點料」就可以耕田了:

火星和地球一樣是類地行星,組成皆以矽酸鹽類為主(與SiO42-結合的各種化合物),也有鐵、鈣、鎂、鉀等成分(Clark et al., 1976)。從好奇號幫我們探勘的結果也發現,火星表面的土壤和夏威夷火成岩風化後的土壤接近(網路天文館,2012),故單從礦物成分來看,火星土適合種植。

但是火星沒水沒細菌,仍無法直接使用,所以我們需要在土壤中加點細菌、水,此外還要有「堆肥」,才能有必要的氮、磷等營養成分。最快的方法就是學習古人:用大便來做堆肥,雖然在地球上不算是好方法,容易有病原菌、寄生蟲等問題(所以現在的有機肥料都還會做些除菌的處理)……總之我們只要在火星土壤加一些地球土壤才有的細菌和人體排出的「營養」,讓細菌可以複製繁衍下去,就可以得到火星農場的土了!

hj4a7wVdVNWAvRDLCaJbcgpYLdhbGW5z9n-G9PRokAE (1)

二、雖然火星有很多和地球相似處,但農場只能設在居住艙內

除了上述的地質部分,火星還有很多地方和地球相似,譬如它的自轉周期是24小時又39分多,和地球相去不遠,陽光照射時數差不多。但大氣就差多了(Seiff and Kirk, 1977),要知道,火星的大氣有95%是二氧化碳,所以有不少細菌不容易生長。馬克與各位若有仔細看過泛科學網站的首頁,會發現首頁有一欄火星氣候(莫名其妙……),最近火星的溫度約在攝氏零下50度左右徘徊,這也正好是火星地表大略的平均溫度,加上無夠厚的大氣與磁場隔絕有害的宇宙射線,不僅植物長不出來,細菌一離開居住艙也活不了太久。

因為上述種種的因素,若想弄點吃的,只能在居住艙裡種菜,居住艙好處是能扺擋宇宙射線,但陽光也照不進來啊!(謎之聲:誰想得到有天得在居住艙裡頭種菜啊!)。幸好在艙內還是可以讓植物行光合作用,只要懂得把太陽的能量用太陽能板轉成電力,再轉成燈光。雖然不是專業的植物專用燈光,但波長仍在作物光合作用可吸收的範圍內。

螢幕截圖 2015-09-23 18.25.15

三、要非常具有科學精神和熟練的運用科學方法

科學家解決事情時,往往不止需要單一領域的知識,或許這就是為什麼明明是物理系卻還要修微積分、明明是化學系卻還是要修物理、而生科或地質系都還是要修化學的原因吧?(是真的,不是為了整你)

Z_3xpjwidk1RBb0eD8h9vyvtogwL3ntBM9ccv1xUup0

要創造出火星農場,光是處理土壤就得結合地科、生物的知識,而要計算產量是否足夠維持人體熱量,則要好好算數學,所以說「數學為科學之母」在此一點也不為過。在這種求生保命的moment,務必要「斤斤計較」,能種多少馬鈴薯,取決於我們需要多少的熱量(這裡不多提,請直接google「每日熱量需求」、「食物熱量計算」等資訊,當然這種能量換算也有很多地方會用,像是把地震、熱量換成營養午餐之類的…)。

科學家最注重的莫過於實驗精神,一個好的科學家會盡可能的完善規畫,也要懂得從錯誤中修正。如果你真的沒把握請分次進行,譬如你手上的地球土壤要改造成火星農場的土,可能就需要嘗試幾個配方,才能找到可行的組合。沒確認好就一口氣全種下去,要是死光光……直接the end

更重要的是,理論和實驗有落差時,一定要再檢查實驗流程是否有缺失、計算過程是否有錯誤,否則你會死在自己的愚蠢行為下。舉個例子來說,當你進行電解水實驗時,實際的氫氣產生量遠遠不足理論值時,其中一個可能就是「漏氣了」…如果漏的氫氣量一多,此時來點火花,那也是直接the end

科學萬歲!如果你有跟馬克一樣的能力,要來衝一團嗎?

不要,打死不要,我想連原著小說裡Geek幽默等級超高的馬克都會這麼說!

雖然看起來「火星版黃金傳說」充滿了科學家的浪漫,但真要做起來肯定不是那麼一回事…在地球上化學實驗做失敗,了不起燒掉一間實驗室,說不定還有機會逃生,但在火星,你只會啊啊啊地被燒死。就算不挑戰化學實驗,光要睡在充滿大便味的房間(別忘了人糞做的堆肥和完全密閉的居住艙),就夠讓人心靈創傷了。

求生不易,但要領便當可以很快。艙內出現個小裂縫沒處理、某些有爆炸危險的實驗沒注意、一口氣種死所有植物、甚至沒配好糧食太快吃完…種種輕忽科學的行為都有可能會致命。這些困難的科學需求都告訴我們,探索太空不是件易事,需要許多的訓練與科學背景知識,所以如果想像馬克瓦特尼般處變不驚,那得從小就把科學學好,不是要你考高分,而是要懂得科學求生!

cGA6YYDLgslUQCGoPcs1k1T9VbEThIOZ4wuRmjGxoEg

  • 註:黃金傳說為一日本綜藝節目,節目會邀請藝人來完成各種任務達成傳說,其中著名的企畫包括「一萬日元一個月的節約生活」、「無人島上的0元生活」…….等等。

參考資料:

附圖:

圖片1

NASA 2020年火星任務探測車上的造氧設備MOXIE。source:NASA

  • NASA用這台MOXIE製氧機上火星除了給太空人呼吸,也同時製造燃料(東西一定要有氧才能燒)。具體來說,MOXIE把收進加壓後的二氧化碳送進一個固體電解設備(SOXE)中,裡面有很多氣體可通過的細小孔洞,通過時一個二氧化碳分子抓了2個電子後,會轉換成一個氧離子、一個一氧化碳分子(CO2 + 2e- ⇒ CO + O2-),而氧離子再得到電子就會形成氧原子(O2⇒ O + 2e-),兩個氧原子就能結合成氧分子了!經過計算,MOXIE在火星上每小時能產生22克的氧氣,說起來還真不算快啊!
圖片2

地球土壤分層示意。source:wikipedia

  • 地球土壤分層示意,由上而下是有機層(O)、表土層(A)、底土層(B)、風化層(C),風化層以下為母岩。火星上由於沒細菌與植物,故只有風化層的層級,需要再處理。

 

你的行動知識好友泛讀已全面上線

每天有成千上百則內容透過社群與通訊軟體朝你湧來,要從混雜著偽科學、假消息、純八卦的資訊中過濾出一瓢知識解渴,在這時代似乎變得越來越難?

為了滿足更多跟我們一樣熱愛知識與學習的夥伴,現在我們很害羞也很驕傲地宣布,手機閱讀平台——泛讀 PanRead iOS 版和「泛讀」Android 版都上架啦!使用後有任何心得或建議,都歡迎與我們分享喔

立即下載 優質知識不漏接

 

 

 

關於作者

潘昌志

「你地質系的?」不,但我待過地質所,而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作,並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識,想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。