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火星

美國火星探測車「精神」號與「機遇」的成就是空前的,我們在飽受新聞轟炸之後,應回歸基本面,從科學下手,評估它們的成就。
 
 
 
去年八月底的「火星衝」,火星與地球相距只有五千六百萬公里。由於六萬年來火星從來沒有那麼接近過我們,媒體披露了這個消息之後,大家都趨之若鶩。一時之間,火星變成了熱門話題。

到了聖誕節前夕,歐洲與美國去年中發射的太空船都飛到了火星附近,又點燃了新的火星熱。今年一月,美國總統布希甚至宣布了到月球上建立基地的計畫,似乎新的太空探險時代就要來臨了。

這次歐美的火星探測計畫究竟有什麼特殊之處,成就了什麼,讓人那麼樂觀呢?讓我們從火星談起。

火星

太陽系最接近太陽的水、金、地、火四顆行星中,以火星的自然條件與地球最接近。水星距太陽最近,又沒有大氣層,因此白天赤道地面的氣溫可達攝氏400度,沒有生物生存得了。金星最接近地球,又有大氣,可是地球生物仍然不能在上面生存。因為金星濃密大氣層的主成分是二氧化碳,日照加上溫室效應,使金星大氣氣溫達攝氏300度左右。而火星的繞日軌道在地球之外,距離太陽較遠,地面平均氣溫雖然在攝氏0度之下,但是赤道附近夏季白天氣溫,仍可說在宜人範圍之內。

在過去,許多學者還沒有掌握這些知識,就開始想像火星上有生物,甚至還有火星人。一八九四年十月的「火星衝」,火星距離地球只有六千五百萬公里,是觀察火星的好機會,美國人羅爾(Percival Lowell, 1855-1916)根據觀察結果,發表了一套「火星理論」:火星表面正在沙漠化,因此火星人建造了「運河」,從南北極引水,應付環境危機。羅爾不但在通俗天文學雜誌上發表這套看法,還在一八九五年年底出書宣傳。從此,這個理論就成為大眾對火星想像的基礎。

人類第一次對火星做近距離觀察,是一九六五年由美國發射的「水手四號」進行的,一共傳回了22張照片。它們顯示火星表面有許多隕石坑,大氣也比預測的稀薄得多。許多科學家因此認為火星表面從地質學、生物學來說,都是個「死世界」。

一九七六年,兩艘美國探測艇「維京(Viking)」一號、二號順利登陸火星,沒有發現生物。二十一年之後,也就是一九九七年七月四日,才有另一輛探測車成功登陸火星,就是「火星漫遊車」(Mars Pathfinder)。它蒐集到的資料,奠定了最近兩輛美國火星探測車成功降落的基礎。

總之,在今年以前,我們對火星的認識是:火星表面不只有許多隕石坑,還有高山,許多山比珠穆朗瑪山都高,還有又長又寬的峽谷。此外,火星南北極有冰帽。有些證據顯示,火星過去比現在暖而溼,有些地質現象似乎是在大水漫流的過程中形成的。看來一百多年前羅爾的想像,不能說全屬無稽之談。因此,學者雖然認為目前火星上大概找不到生物,卻難說過去生物從來沒有演化出來過。現階段的火星探測,焦點在火星的地質史,就是這個緣故。

歐洲

二○○三年「火星衝」之前,歐洲與美國分別發射了火星探測車。歐洲太空總署的火星探測計畫,成本較低,啟程時間較早。

臺北時間二○○三年六月三日下午,歐洲太空總署的「火星快車」太空船在中亞內陸國哈薩克發射升空。「火星快車」背負著英國設計製造的「小獵犬號」火星探測車,飛行了七個多月,四億公里,十二月十九日到達火星附近。那一天,「小獵犬號」與「火星快車」分離,分別走上不同的航程。「火星快車」進入環繞火星飛行的軌道,在火星上空蒐集各種資訊,「小獵犬號」則計劃降落火星表面,四處探測。「小獵犬號」重33.2公斤,其中科學儀器就重達11.4公斤,它的主要任務是蒐集下列資料:

一、在火星地面尋找與生物有關的證據:水?含碳礦物?有機物?
二、火星大氣組成;
三、火星的氣候;
四、火星地質與地質史;
五、降落地點的各種環境參數,包括氣溫、日夜溫差、風速、陽光、砂塵等等。

去年聖誕節那一天,「小獵犬號」降落火星表面,但是沒有傳回任何訊息,至今科學家仍不清楚它的遭遇。

美國

美國太空總署在去年六月十日、七月七日分別發射了兩輛火星探測車,「精神」號與「機遇」號,任務與「小獵犬號」相似。今年一月,它們分別在台北時間四日中午、二十五日中午成功降落火星。它們的消息,把全球火星迷的心情關進了三溫暖。

「精神」號在降落過程中遭遇強風,但是「機遇」號出奇地順利,幾乎一落地就傳回了成功降落的訊號。不過,「精神」號降落後的表現,對火星迷來說,已經很令人感動了,將「小獵犬號」降落後失去音訊造成的沮喪,一掃而空。一月二十一日,「精神」號失去音訊,大眾士氣又陷入谷底,等到「機遇」號傳回成功訊息後,才再度飆上高峰。現在專家已經鑑定出「精神」號故障的病灶在軟體,而不在硬體。兩艘探測車傳回的資料,專家分析完畢之後,必然能提升我們對於火星歷史的了解。

許多人因為「小獵犬號」失敗,而美國的探測車一次比一次成功,就認為美國的太空科技實力比歐洲強。這個結論並不公平。我們必須知道,在今年以前,送探測器登陸火星的計畫大多失敗,成功的只有前面提過的三次,成功率不到三分之一。換言之,這本來就是失敗率極高的嘗試。何況英國的「小獵犬號」,重量只有美國探測車(約180公斤)的六分之一,這種質量的差異,會影響它們抵抗火星大氣氣流的能力。

太空計畫的願景

美國總統布希趁著大眾的火星熱,宣布了新的太空計畫願景:太空人重返月球,在月球建立太空探險基地,進而送人上火星探險。這個願景立即引起了辯論。一方面,今年是美國的大選年,許多人懷疑「送人上火星」只是競選的動員口號。

但是,就實際的科學與技術問題而言,那三個目標都耗資巨大,又不見得有實惠。例如「送人上火星」,就必須克服許多技術問題,首先就是火箭推力,然後還有防禦太空輻射線的裝備。美國去年宣布的核子動力火箭計畫,大概可以解決推力問題,但是目前連火箭原型都沒有發展出來,等到技術成熟,不知還要多少年。

當然,以一九六一年美國總統甘乃迪宣布登月計畫的精神,來進行火星計畫,也許可以把克服技術問題的時程縮短,但是龐大的資金怎麼來?當年在冷戰的局勢中,大家把太空競賽想像成決定生死存亡的軍備競賽,似乎順理成章。現在冷戰結束,世上已經沒有威脅全人類的「邪惡帝國」,罄舉國、舉世之力進行星際探險,得有更為高貴的理由。

此外,以當年美國的登月計畫來說,太空人蒐集到的重要科學資料,有哪些是以人工儀器無法蒐集到的?太空人帶回來的月球岩石、砂礫中不含水,科學家卻在最近蒐集到了資料,顯示月球的兩極有水。最近科學家還推論,太陽風吹襲月球表面,質子在岩土中捕獲一粒電子就能形成氫原子,要是氫原子與岩土氧化礦物釋出的氧結合,就是水了!對於人類生存至關重要的水,科學家以花費較少的人工儀器,以及基礎科學,就推論出來了。
當然,科學家的推論需要證實,才能成為科學事實。不過,即使這個「太陽風造水假說」,也不需要以太空人在月球上以實驗驗證,繞月衛星就行了。

結語

美國火星探測車「精神」號與「機遇」的成就是空前的,我們在飽受新聞轟炸之後,應回歸基本面,從科學下手,評估它們的成就。長久以來,我們都想像火星、月球有朝一日會成為人類的殖民地。有趣的是,現有的證據反而顯示,那兩顆星球的環境,過去比現在宜人。例如火星上可能有過汪洋大海,而不是現在看到的荒漠一片。地球說不定才是火星人在環境惡化了之後的避難所呢。
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