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與世隔絕的火星人生 - 談外星球居住實驗

電影《絕地救援》敘述在一場任務中,太空人Mark Watney被單獨留在毫無生命跡象的火星,靠著有限資源設法存活並等待救援。最後,NASA策劃了一個超高難度的行動並成功拯救這位「來自地球的火星人」。情節純屬虛構,但人類於外星球生活的課題已吸引許多科學家與機構相繼投入研究。

Mark Watney獨自在火星生活[1]

重返月球或登陸火星是太空科技大國的共同目標,然而人類要如何在外星球嚴酷的環境中生存?答案有2個,行星本身須具備適居性,以及人類生存的必要條件。適居性是以太陽系及地球的環境推測星體是否適合生命居住,透過先進儀器對太陽系裡其他行星與衛星進行觀察,獲得資料後與地球的相關資料作比較。外太陽系行星的發現證明了太陽並不是惟一擁有行星的恆星,亦擴展了適合生命居住的行星的探索範圍。如果一顆行星所在的軌道位置能讓液態水存在它的表面,那麼這一顆行星就被認為位在恆星的適居帶上。然而,依目前的科技水平,所能抵達的星球皆位於太陽系內,那麼須優先研究的就不是適居性,而是如何達成人類生存的必要條件,亦即食物、水、居所、衣物和氧氣。

克卜勒太空望遠鏡找到的適居帶內小型行星與它們的主星[2]

太陽系適居帶示意圖[3]



依上述5個條件看來,最有機會存在於外星球的就是水,目前已證實火星或月球上皆存在冰,問題是需要耗費多少能量才能得到液態水,可能需要露天採礦技術或大型機具。以外星球的環境來說,衣物與氧氣可說是息息相關。在地球上,大氣層除了維持適當壓力以及讓氧氣與水氣不致流失之外,也抵擋了來自太陽的太陽輻射與太陽系之外的宇宙射線。在稀薄的大氣層中,如果沒有穿上增壓服以平衡身體內外的壓力,就只能在調整過壓力的空間中活動,此場景在電影《絕地救援》中也可以看到。最後一項是食物,雖然世界各地都有高度發展的農業技術,但要達成全部自給自足的目標卻顯得不切實際,初期仍需靠補給維持並逐步建立農耕能量。

火星全球探勘者號拍攝的火星北半球早夏北極冰冠影像[4]宇宙射線來源[5]男性與女性穿太空衣的比較說明[6]為研究太空人在外星球任務中生理與心理可能面臨的考驗,以了解如何選擇並支援太空飛行團隊,俄羅斯從2007到2011年展開模擬火星生活環境的MARS-500地面模擬實驗,由俄國、歐洲太空總署和中國派員參加。NASA則於2013年在夏威夷Mauna Loa火山進行HI-SEAS試驗,成員來自美國、德國與法國。兩個試驗有著許多共同點:成員皆包含工程或醫學等專家、限於實體模型內部生活和工作、不能和外部直接交流、有限的生存資源及宿舍外須穿戴太空衣等。依據志願者於試驗結束後的說法,長時間的外星球任務無論是技術層面或心理狀態都能夠克服。

俄羅斯MARS-500地面模擬實驗空間說明[7]NASA HI-SEAS試驗設施內部空間[8]



地球所能容納的人口畢竟有限,因此移民外星球就成為非常有吸引力的選擇,但必須先從短期的外星球太空任務開始,再逐步延長時間。現行的實驗畢竟只是在地球上模擬,如有萬一隨時可以終止,然而完全孤獨的環境卻很難完全再現。太空人被單獨留在火星的場景在未來的確可能發生,希望屆時的救援任務,不須維繫於埋在沙中的古老儀器以及一件被戳破的太空衣。





文章參考來源:

What NASA's Mock Space Missions Tell Us About the Need for Martian Law (檢索日期2017/12/19)

Astronomers come back from a year on Mars… in Hawaii(檢索日期2017/12/19)

New NASA Study Improves Search for Habitable Worlds(檢索日期2017/12/19)

哪裡比地球更適居?(檢索日期2017/12/19)

月球上的水,原來有這麼多啊!(檢索日期2017/12/19)

Psychology experiment kept six NASA subjects isolated on a Mars-like volcano for 8 months (檢索日期2017/12/19)



 



圖片引用來源:

https://en.notrecinema.com/communaute/v1_detail_film.php3?lefilm=730488, retrieved December 19, 2017

http://www.wikiwand.com/zh-tw/%E9%80%82%E5%B1%85%E5%A4%AA%E9%98%B3%E7%B3%BB%E5%A4%96%E8%A1%8C%E6%98%9F%E7%9B%AE%E5%BD%95
, retrieved December 19, 2017

http://www.natgeomedia.com/news/ngnews/48511, retrieved December 19, 2017

http://www.4msss.com/mars_images/moc/may_2000/n_pole/, retrieved December 19, 2017

https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_ray, retrieved December 19, 2017

https://organanatomy.com/female-vs-male-body-structure/female-vs-male-body-structure-this-is-the-average-mans-body-the-atlantic/, retrieved December 19, 2017

https://sputniknews.com/infographics/20100226158016185/, retrieved December 19, 2017

http://pacificdomes.com/mission-mars-simulation-in-pacific-dome/, retrieved December 19, 2017

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