用科学征服火星
卡尔·萨根是个专门研究行星的天文学家，一生在美国康奈尔大学工作，同时还兼任加州理工学院喷气推进实验室的科学家，没错，喷气推进实验室就是我们在《火星救援》里经常看到的JPL。萨根对探索太阳系内行星以及系外行星有很大的兴趣，他还研究外星生命和外星文明，尽管这方面并没有什么结果。他的研究成果之一是火星表面颜色和季节变化，指出火星上存在沙尘暴，这些都在《火星救援》里被大篇幅应用。
火星是最接近地球的星球了。有人推测，没准很多年前（若干亿年前）火星上的条件与地球很相似，因此出现过生命。有的人更进一步推测，地球上的生命其实源于火星，也许是什么小行星撞击火星，将火星上生命的种子带到地球来了。当然，所有这些只是猜测而已。
既然火星是不毛之地，那我们为什么还要探索它？月亮更加“不毛”，是个没有内部活动的死星（对啊，月亮上真的没有嫦娥和玉兔，不然她们得靠吃玄武岩生活），我们还是要探索它。虽然月亮上确实有不少也许在未来非常有用的物质，例如He-3，可以用于核能发电。可是，一来可控核聚变技术的实现还很遥远（大约与量子计算机一样遥远），二来开发这类月球矿藏的代价太大了。但为何我们还要探月？为何在发射嫦娥一号、二号和三号之后还要很快发射嫦娥四号？为何中国还计划载人登月？真的不因为任何经济上的理由，只因为月亮在那里，我们就想去。
火星也在那里，人类当然也想去。美国想去火星不是一天两天了，政府有计划，民间也有计划。埃隆·马斯克就想去，他的Space X公司甚至还想做火星移民呢。火星移民很难很难，但喊喊口号，还是能够帮助发展探索火星的其他计划的。我们中国对火星也有想法，火星探测器“萤火一号”也诞生了，但因为俄罗斯航天器变轨失败，“萤火一号”也就消失在茫茫太空中了。我们相信，在探月的同时，中国还会继续探索火星的计划。《火星救援》里的“太阳神计划”就是中国的，这部电影嵌入了中国元素，包括“太阳神计划”和陈数，在我看来不完全是为了考虑中国票房（中山大学未来会在珠海校区建设物理与天文学院，我们将进行空间科学与技术研究。或许，未来的“太阳神计划”也会有我们的贡献）。“太阳神计划”也许比美国人还先进，我觉得二十年或者三十年后完全有可能实现。
说了半天还没有谈到我的本行物理学，现在聊几段。我们看到瓦特尼在火星上行走得比较慢，其实在月球上行走也会慢一些。这有点反直觉，因为我们会觉得人体变轻了，走路应该更加容易。其实不然，人体轻了，如果使劲走就会跑起来，双脚同时离开火星表面。为了保持走路的姿势，我们反而得小心一点。正确的公式是，人走路的速度是重力加速度的开平方，这样，在火星上的行走速度就是地球上行走速度的0.6倍。另外，月球上的重力加速度是地球的1/6，在月球上的行走速度就是地球行走速度的0.4倍。
事实上，重力小并不是一件好事，普通人觉得重力小了，个子可以长得高一些。但重力小了个子不见得会长高，骨头倒会变细。
和重力相关的还有一个现象是山的高度。重力越大，山的高度越低，道理很简单，如果山太高，底部对地面的压力太大，地面自然会下陷。根据计算，地球上最高的山是1万米，这正是珠峰接近的高度。火星上的山原则上最高能够达到多少？最高高度也与重力加速度成反比，这就是说，火星上的山最高可达2.6万米。火星最高峰奥林匹斯山确实已达2.7万米，是太阳系内的最高峰，它也出现在《火星救援》里。
关于《火星救援》的物理学还可以写很多，例如那位黑人编程天才建议利用地球弹弓效应加速阿瑞斯3号飞船，这艘飞船如何利用转动产生人工重力，一个人如何在一艘飞船中慢跑锻炼，瓦特尼的肌肉与火星重力的关系等等。
《火星救援》打着科幻电影的名义，写的是科学和励志故事。万一有一天我被落在火星，我会怎么办？我现在老了，能不能像瓦特尼一样活过五百天真不知道。当然，意志可能比体能更重要。也许我也会说出瓦特尼说的话——让科学帮我活命，用科学征服火星。
作者：李淼
来源：《科学24小时》2016年03期
