志祺七七
2020.08.29

火星探測進行中!為何美國、中國、阿聯都選在今年上火星?《 七七科學探索 》 EP 012|志祺七七

各節重點:
00:00 前導
02:38 火星的魅力
04:13 火星探測計畫
05:29 我們對火星的認識
07:45 2020 的新計畫
09:35 登陸仍是大挑戰
10:33 我們的觀點
11:51 提問
12:09 結尾


---【 影片口白逐字稿 】---


阿拉伯聯合大公國、中國和美國,分別在今年 2020 年 7 月 20 日、23 日和 30 日,相繼發射火箭去火星。
為什麼這幾個國家會這麼密集的在七月下旬的時候,發射火箭去火星呢?

今天,就讓我們一起來聊聊「火星探索計畫」吧!

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hiho~大家好,我是志祺!

他們會這麼密集地在這個時候發射探測器去火星,主要是因為今年 10 月 14 日是睽違許久的「火星衝」。火星衝每隔 26 個月就會發生一次,在火星衝那天,火星、地球和太陽會連成一線,幾乎就是地球和火星距離最接近的時候,所以在這個時候飛去火星的話會最節省燃料,因此才變成探索火星的大好機會。

那火箭發射之後一路要飛到火星上面,要花很長的時間,預計要飛 7 個月的時間,才會在明年 2 月的時候抵達火星。飛一趟火星這麼遙遠,花費也很高,真的還滿讓人好奇,究竟為什麼火星會這麼讓人著迷?


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【火星的魅力】

我們人類對火星感到好奇的歷史很長,在不同的時期,我們對她的認識和理解也都不太一樣。那因為火星亮度夠亮,所以可以像星星一樣,直接在夜空中觀測到她的軌跡,因此在歷史上有很多的記載。

在中國古代,火星因為位置和亮度不像其他的星座一樣固定,時常會變動,容易讓人迷惑的關係,所以被被稱為「熒惑星」。

而火星也因為顏色偏紅,所以很多神話傳說都把火星跟「戰爭」或是「流血」做連結。例如在希臘、羅馬的神話裡面,火星的守護神就是「戰神」,而火星的英文「Mars」,也是以羅馬戰神瑪爾斯來命名的。

【我們對火星的認識】

不過,我們對火星的認識,一直到 16、17 世紀的時候,因為望遠鏡被發明出來,才開始有更多的觀測紀錄,比如說:發現火星有疑似結冰的「南極冠」,以及推算出火星的一天有 24.6 個小時。

在 1870 年代的時候,一位義大利天文學家發現,火星上面有類似河道、溝渠狀的地形。後來,有一位美國企業家兼天文學家「羅威爾」,把義大利文的「河道(Canali)」,誤解成火星上面有「運河(Canal)」,他因此認為火星上面應該是有「高等智慧生物」的存在,不然怎麼可能會有運河呢?

他的這個論點,引起大眾對火星的好奇,大家都很想知道火星上面到底有沒有火星人存在。

不過,這個討論就卡在這邊沒有更多的進展,一直到了 1960 年代美蘇太空競賽之後,才有更近一步的發現。


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【火星探測計畫】

在 1960 年代美蘇太空競賽的時候,兩國一直不斷的在突破太空探索的極限。他們當時覺得,發送探測器去月球已經不算什麼了,我的火箭一定要比你更遠,因此開始挑戰發射火箭到火星去。在 1971 年的時候,蘇聯的「火星3號登陸器」成功登陸火星,是人類歷史上第一個登陸火星的登陸器。而美國則是在 1975 年的時候,以 NASA的「維京任務」(Vikings mission),成功的讓登陸器降落在火星表面。

在 60 到 80 年代的任務中,探測衛星拍下了不少火星表面的照片。回傳到地球上之後,大家才知道,原來火星上面其實沒有什麼高等生物存在,看起來就跟月球一樣充滿隕石坑,以前看到的那些「運河」,其實只是長得像河道的地形而已,完全是個鳥不生蛋的地方,恩不對⋯⋯那裡連鳥都沒有。

1990 年代,蘇聯解體之後的一段時間,只剩美國持續探索火星,到 2000 年之後,才陸陸續續有其他國家成功發射探測器到火星,包括:歐洲太空總署ESA、俄羅斯航太 RSA、印度太空研究組織ISRO,還有這次加入戰局的中國和阿聯。

那經過這幾十年的探索之後,現在我們對火星的了解有多少呢?


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【我們對火星的認識】

經過這幾十年的探測,我們現在更精確地知道火星的一天大約是 24 小時 39 分鐘。而火星的自轉軸傾斜角度大約是25.19度,所以也會有一年四季的變化。不過,火星因為距離太陽比較遠,它繞太陽一圈的時間也會比較久,所以如果去火星上待一年,地球會過了接近兩年的時間。火星跟地球的距離,最近的時候大約是 5500 萬公里,最遠的話有 4 億公里遠。這個距離呢,如果要傳訊息給火星上面的人,從我傳出去到他正式收到,這時間最短要 3 分鐘,最長要等 22 分多鐘,落差真的是滿大的。

而火星跟地球相比也少了很多東西。比如說火星的大氣就比地球稀薄、火星的磁場也比地球弱,甚至因為火星的半徑大概只有地球的一半、重力比較小,因此一個 60 公斤的成人,在火星上量體重的話,只會量出 22.8 公斤。也就是說,所以如果你想讓體重無痛下降,搬去火星可能是一個很有效的方法。

而火星跟太陽的距離比地球遠,再加上大氣稀薄,又不像地球有海洋可以調節溫度的狀況下,火星的溫度就超級低,平均只有攝氏 -55 度,最低溫可以到 -100 多度,最高溫則可以到 +35 度。那火星上面的天氣狀況呢,目前比較清楚知道的是會有「沙塵暴」出現,火星上面的沙塵暴甚至曾經大到,用太空望遠鏡拍過去也看得到的程度。

火星探測衛星拍下來的照片,讓我們現在對火星地形的認識,甚至比地球上的海底地形還要更清楚。

舉例來說,火星北半球看起來很光滑;南半球卻有很多隕石坑。火星上面也有高聳的火山,表示以前很可能曾經有過地殼運動;而更驚人的是,火星的南北極有乾冰形成的「冰蓋」,而且探測衛星還發現,北極冰蓋下方有「水」形成的冰,南極冰蓋下面也有高濃度液態鹽水。而這些證據的發現,讓很多科學家非常振奮,認為火星很可能會有生命存在也說不定。

那麼,這次發射探測器去火星的三個國家,他們是想要研究些什麼呢?


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【2020 的新計畫】

這次最早發射火箭的阿聯,6 年前才剛成立太空中心,而這也是阿拉伯世界第一次進行太空探索。很特別的時是,這個太空計畫的主要負責人,是一位女性科技部部長,這在男性主導的科學界當中還滿難得的。而這次阿聯的任務是跟美國合作,並交由日本發射火箭升空。他們的目標是要把探測衛星送到火星去,來研究火星的氣候以及天氣變化,希望能找到火星大氣為什麼這麼稀薄的原因。

而在中國的部分,天問一號是中國第一個成功發射的火星探測器。預計會在明年 2 月 11 日開始環繞火星運行兩個月,然後在 4 月 23 日,將一輛漫遊車放到火星表面,目標是要一次任務中,就完成「繞行、著陸、移動探測」 3 個里程碑。那他們的研究目標是要研究火星磁場為什麼會減弱,並且進行地質探勘、搜集土壤,了解火星的地質結構。

那最受矚目的美國「毅力號(Perseverance)」預計在明年 2 月 18 日登陸火星。它的任務目標就更遠大了。第一個是,想要抓一把火星土壤,將來會送回地球進行分析,用來了解火星的地質、環境與歷史。第二個是,毅力號上面裝設了「穿地雷達」,想要尋找地底下的水,還有配備了光譜儀,要用來偵測土壤中的有機物。

此外,為了以後人類要登陸火星,以及建立基地做準備,毅力號上面還帶了一個裝置,要來測試「能不能把火星上面二氧化碳,有效的變成氧氣」。毅力號還另外帶了一台無人機,想要測試這麼稀薄的空氣,究竟能不能順利飛得起來。

我覺得這些任務聽起來都滿令人期待的,不過呢,成功發射升空還不代表任務就會成功,登陸的過程才是火星任務中的大魔王!


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【登陸仍是大挑戰】

會說「登陸」才是探測任務大魔王,是因為火星的大氣太稀薄了,沒辦法像回到地球一樣,有厚厚的大氣層幫忙減速,而且火星上面也沒有海洋可以緩衝,只能靠探測車自己的降落傘,還有使用反向噴氣來減速。進入火星的角度、速度和本身探測車的姿勢都要對,否則就很容易墜毀。

而降落地點的選擇也很重要,以美國毅力號來說,降落的地點高度不能太高,才有足夠的大氣讓降落傘可以張開;而且,這個地點必須距離火星的赤道南北緯 30 度以內,在火星冬天來臨的時候,才不會冷到讓機器無法運作;此外,降落地點也需要是很寬敞、平坦的區域,就像飛機跑道一樣空曠,而且沒有起伏,才不會讓毅力號太容易就墜毀。

因此,明年 2 月的毅力號和 4 月的天問一號漫遊車,能不能順利登陸火星,將會是這些研究計畫能不能順利進行,很重要的關鍵。

【我們的觀點】

每次聊到探索外太空的計畫的時候,我有注意到很多人會有一個疑問,就是:為什麼世界各國,這麼願意花大錢推進太空科技,還有探索宇宙呢?研究外太空到底有什麼意義呀?就算國家砸大錢,把火箭送去火星,有很多關於火星的新發現,對我的生活也不會有什麼影響呀。

這個疑問,在我們企劃們一起討論這個議題的時候也有出現。那我們覺得,會有很多人對於外太空感到好奇,動機可能主要有分 2 種:

第一種動機是「單純對未知世界的好奇」,這種感覺就像是幾百年前「地理大發現」的時代一樣,大家會很好奇,海的那一邊會有什麼東西存在呢?同樣的,我們也會想知道,火星上面是不是也有生命?火星是不是有很多水藏在地底下?

第二種動機,是一種想要「自我挑戰」的感覺,我們會想要知道人類科技有沒有極限,因為科學和科技的發展,讓我們可以在天上飛、可以潛入深海,就會滿想挑戰看看,人類是不是有辦法離開地球,在火星上面建立基地,甚至在火星上面生存。

我想,這些大概也是很多科學家會那麼想要探索外太空的原因吧,這些疑問真的是滿吸引人的。那關於這些疑問,下一集,也就是明天,我們會再做一集來跟大家討論!

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那今天想問大家,你最期待知道研究結果的是什麼呢?
A. 火星的地底下到底有沒有水?
B. 火星是怎麼變成現在這樣像沙漠一樣的星球的?
C. 火星上面究竟有沒有生命呢?
D. 我們該怎麼樣才能在火星上生存呢?
E. 其他,留言告訴我們吧!

最後,如果你喜歡今天的影片,歡迎分享出去,讓更多人知道「2020年各國的火星計畫想要研究什麼」!
此外也可以點這邊,看看「SpaceX載人火箭升空」以及「台灣太空科技發展史」的討論;
那麼,今天的志祺七七就到這邊告一段落,我們明晚再見囉~掰比!



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【 本集參考資料 】

→飛向火星:毅力、天問和希望開啟新一輪火星探測 - BBC:https://bbc.in/3gJdE6c
→Mars, Water and Life Why Explore Mars? - NASA :https://go.nasa.gov/3jq9VMC
→火星衝日-維基百科:https://bit.ly/32ARuhc
→衝 (天體位置)-維基百科:https://bit.ly/3lr2mXw
→Mars in our Night Sky:https://go.nasa.gov/3loNJnD
→火星-維基百科:https://bit.ly/3gBUeA1
→火星極冠-維基百科:https://bit.ly/3gw1HR6
→火星探測任務列表:https://bit.ly/31Cch4F
→洞察號登陸火星 人類有望了解火星內部 - BBC:https://bbc.in/2QyzcI4
→火星探測-維基百科:https://bit.ly/2QuYXsH
→NASA:證實火星有流動的液態鹽水 - 泛科學:https://bit.ly/3hB2sK4
→火星地下鹽水湖含足夠氧氣,或能孕育海綿動物 - 科技新報:https://bit.ly/3jmgZtp
→火星北極冰蓋下方發現大量水冰,成為火星第三大水庫來源 - 科技新報:https://bit.ly/2ECJDYq
→火星地理-維基百科:https://bit.ly/34FPjM0
→火星氣候-維基百科:https://bit.ly/3b5w53y
→毅力號即將出發!NASA 2020火星任務,探索生命之謎:https://bit.ly/2QuJ9WV
→毅力號火星探測器:https://bit.ly/2G5XEhU
→中國欲回答「天問」:它能成功登陸火星嗎 -紐時中文網:https://nyti.ms/2FYdlrc
→中國火星探測任務 天問一號發射成功 - 中央社:https://bit.ly/2QA1iT0
→阿聯酋火星探索:阿拉伯世界的第一次有何看點 - BBC:https://bbc.in/2YJ77lF
→莎拉·阿米里-維基百科:https://bit.ly/2YI8zEU
→「洞察號」成功登陸火星,NASA 展開深度探索 - 泛科學:https://bit.ly/3hEZPqt
→火星漫遊20年—探測任務的挑戰:https://bit.ly/2Qwtvub
→前進火星—從過去到未來的火星探索任務:https://bit.ly/2Dcs29i
→航向火星—失之毫釐差之千里的太空探險:https://bit.ly/2YKnhvb


【 延伸閱讀 】

→火星之水從哪來,擴散宇宙間不復還? - 泛科學:https://bit.ly/34FBKwb
→火星上有水?冰層之下的液態鹽湖 - 泛科學:https://bit.ly/2QzROHE
→Sarah al-Amiri: The woman leading UAE's Mars mission - DW:https://bit.ly/3hxMOiq
→Entry, Descent, and Landing Technologies - NASA:https://go.nasa.gov/34Fl8o6
→A first for the Arab world: UAE spacecraft en route to Mars :https://bit.ly/31BlNVT
→Arab World’s First Mission to Mars Starts With Launch in Japan - Bloomberg :https://bloom.bg/3jm4HRH
→阿聯酋首枚火星探測器發射成功 - BBC:https://bbc.in/2EF01HR
→UAE’s Launch Kicks Off a Trio of Mars Missions as Planet Draws Close - Bloomberg:https://bloom.bg/3jrLXQL
→凡走過必留下痕跡?尋找火星生命的可能結果 - 科學月刊:https://bit.ly/3b2YMOy
→探索火星地理—南半球的特殊地形與季節性風向 - 科學月刊:https://bit.ly/31AL3eF
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