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。
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。
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。
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！
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。
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）
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！
- 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：
- Beasley, D. (2004, Nov. 12). NASA Advances Water Recycling for Space Travel and Earth Use. NASA News(Releas 04-372).
- Brown, D. (2014, Jul. 31). NASA Announces Mars 2020 Rover Payload to Explore the Red Planet as Never Before. NASA News(Releas 14-208).
- Hecht, M. D., Rapp, D. R. and Hoffman, J. A. (2014). The Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE),
- Clark, BC; Baird, AK; Rose Jr, HJ; Toulmin P, 3rd; Keil, K; Castro, AJ; Kelliher, WC; Rowe, CD et al. (1976). “Inorganic Analysis of Martian Samples at the Viking Landing Sites“. Science 194 (4271): 1283–1288.
- Seiff, A. and Kirk, D. (1977). Structure of the atmosphere of Mars in summer at mid-latitudes. Journal of Geophysical Research, 82(28):4364–4378.
- 網路天文館. (2012, November 4). 火星土壤礦物似與夏威夷火山土壤雷同. PanSci 泛科學. Retrieved September 13, 2015 from pansci.asia/archives/31058
附圖：
- 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！
- 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。
