揭祕不可忽視的火星救援的硬傷 從電影教你科學知識

《火星救援》惟一的硬傷是故事的一開始，沙暴讓沃特尼留在了火星上。現實中，火星的大氣壓是地球的兩百分之一，時速150公里的沙暴造成的影響只相當於地球上一陣微風。

《火星救援》的原著作者安迪·威爾表示：惟一的硬傷其實也是書裏最大的紕漏：故事的一開始，沙暴讓沃特尼留在了火星上。

現實中，火星的大氣壓是地球的兩百分之一，如果真有時速150公里的沙暴出現，由於空氣極其稀薄，它造成的影響只相當於地球上一陣微風吹過。火星上的一場沙暴是根本沒有破壞力的。
其實我在寫書的時候就知道了這個事實。原本我想過換一個開頭的：火星探索隊正在升空儀器上做工程測試，結果發生爆炸。可後來一想，還是第一個開頭來得有衝擊力，而這是一個有關人與大自然的故事，我希望看到自然界先出第一拳。所以我決定為故事感染力犧牲科學準確性，猜想“哎，沒多少人會知道真實情況的”。可現在電影版出來了，所有專家都在糾錯：“嘿，沙暴根本沒這個威力，火星上根本不是那樣的。”
一、被刺穿宇航服的馬特·達蒙Mark如何能在風暴中活下來？
首先，Mark為什麼能在風暴中活下來？雖然，他的宇航服被刺穿，但傷口中滲出的血液及時凝結堵住了創口——且慢，僅僅靠着血液凝結就可以隔開宇航服內外的壓力差嗎？
火星大氣的密度很低，“海平面”氣壓大約只有地球的0.6%，而宇航服內的氣壓呢？目前，看似厚重的艙外宇航服並不能在其內部維持1個大氣壓的環境，而是隻有32.4千帕，也就是約0.3個大氣壓：這倒是讓封堵創口的血塊壓力小了很多。
在相當於珠峯頂端的氣壓下，宇航員依然可以呼吸自如，原因在於呼吸的幾乎是純氧——雖然氣體稀薄，但氧氣的密度並不比空氣中低。在這32.4千帕的氣壓裏，氧氣貢獻了20.7千帕，這就是所謂氧氣的“分壓”，通常用來衡量各種呼吸氣體中氧氣的有效濃度。

這樣看來，我們的主角並不會因為“漏氣”而死，這的確是符合邏輯的。不過假如他沒有及時甦醒，在氧氣耗盡之前，也可能因為氧氣中毒而徹底失去知覺——這話聽起來怎麼自相矛盾？

《火星救援》惟一的硬傷是故事的一開始，沙暴讓沃特尼留在了火星上。現實中，火星的大氣壓是地球的兩百分之一，時速150公里的沙暴造成的影響只相當於地球上一陣微風。

原來，宇航服呼吸系統的一個主要作用就是去除呼出的二氧化碳，Mark 暈倒這麼久，吸收二氧化碳的化學制劑早已飽和，為了防止二氧化碳中毒，宇航服開始主動排氣，並用備用的氮氣填充進來保持氣壓。當氮氣也不夠用的時候，只好加入過量的氧氣。如果氧分壓超過45千帕，中樞神經，視網膜，肺部就很容易受損。
不過，如果火星宇航服的氣壓和目前的艙外宇航服一致的話，Mark活下來的概率還是很大的。
二、從地球到火星需要多久？為什麼Mark的第一反應是要等待四年？
清醒之後，Mark就得考慮自己到底能不能撐到NASA來救他的那一天。從地球發射火箭到火星，最基本的思路就是找到一條連接地球和火星的橢圓軌道。
圖1中藍色的軌道就是航天器最常用的變軌方式——霍曼轉移軌道。 不難看出，走這條軌道所花時間剛好就是這條橢圓軌道週期的一半，而軌道週期只和橢圓的半長軸有關。

因為這條軌道的半長軸介於地球和火星之間，而一火星年等於1.88地球年，所以從地球到火星至少需要大半年的時間。也許有人覺得這條軌道顯然距離太長，為什麼不選擇短一些，譬如那條紅色的軌道。這條紅色軌道實際上是一個大得多的橢圓軌道的一部分，為了進入這條軌道就需要大量的能量，而人類目前的火箭技術還不足以支持這樣的飛行，而且，為了從這條軌道登陸火星，必須進行減速，減速所消耗的推進劑不會比發射時少多少，這都是技術達不到的。

《火星救援》惟一的硬傷是故事的一開始，沙暴讓沃特尼留在了火星上。現實中，火星的大氣壓是地球的兩百分之一，時速150公里的沙暴造成的影響只相當於地球上一陣微風。

實際上，以人類目前的航天水平，直接走藍色軌道都很困難，目前的大多數載人火星計劃都需要空間站進行物資中繼，所以剛開始，Mark根本沒去想NASA會專門發射飛船去救他，而是靜靜的等待四年後的下一個火星任務。
三、怎麼做才能在火星上能種出土豆？
既然決心活下去，那麼生存三要素，空氣，水，和食物必須得全部搞定。Mark所在的火星“基地”本是給6名宇航員執行31個火星日（Sol=Martian Solar day, 火星上太陽起落的平均間隔。等於24小時39分35.244秒，和地球的一天很是接近）的任務設計的，此前任務已經執行了6天，剩下的食物足夠他撐過300天。
飲用水和空氣倒是容易解決，基地裏的製氧機（可以分解二氧化碳）和淨水機只需要有足夠的電力就可以正常工作，萬里無雲的火星很願意配合。看來最大的問題莫過於食物了：Mark 必須在小小的火星基地裏建立一個可以支撐數年的小生態系統，從而完成食物和排泄物之間的循環。