2013年6月4日

艱難的火星探謎之旅

作者/魏雄能(任教聖地牙哥城市學院)

美國國家航空暨太空總署(NASA)的好奇號(Curiosity),經歷八個半月的漫長旅程,於2012年8日6日成功地著陸火星。長久以來,美國航太總署一直籠罩在大幅削減預算的低靡氣氛之中。這次的火星探謎之旅,終能得以揚眉吐氣。

登陸火星,到底有多困難呢?首先,來談談火星與地球間的距離。如以光行距離的時間來表述,則會看到比較實際的數字。一秒鐘的時間,光可以繞行地球表面七圈半,這與地球到月球的距離相接近。從地球到太陽表面,光行時間約需八分鐘,亦即約為地球到月亮距離的500倍。

火星與地球間的距離,會隨著兩者繞日運行的相對位置而變化。最遠的光行距離是22分鐘,最近的光行距離是3 分鐘。這一趟好奇號火星探謎之旅,兩星球間相距15分鐘的光行距離,也就是到月亮的行程的900倍左右。哇,真遠!

以上,只是從距離的觀點來看。倘若從技術上來看,那將會有多困難呢?我不是太空專家,無法詳細說明這一趟太空之旅。然而,根據物理力學的原理,仍然可以一窺端倪。當探測飛行器抵達火星預定的軌道時,它的速度、飛行角度、與火星間的距離及在軌道中所受的火星引力,都必須遵守牛頓的力學定律。如此,火星引力方能剛好抓住飛行體,使它在預定的軌道上,環繞火星飛行。

若火星引力過強,則飛行體將會墜向火星。反之,若引力稍弱, 則會抓不住飛行體,使得飛行體遠離火星而去,奔向無垠浩瀚的太空。試想,一旦此情況發生時,遠在地球的太空控制中心可否即時地發出訊號,來調整飛行器的狀態呢?很抱歉,遠水難救近火!訊號一來一回之間,約需半個小時,太久了!所以,一切都要依靠飛行器本身的軟、硬體,即時自行搶救、迅速處理。

從以往的火星探謎之旅,也能體會進行火星之旅的困難程度。1960年初期,火星探謎之旅展開了序幕。而且,還是蘇聯先發動的。到了1971年,在十一個年頭中總共嘗試了11次。基於種種原因,無奈一一鎩羽而歸。事實上,根本就是「有去無歸」。1971年,好不容易成功地送上一枚繞行火星的飛行器,也將登陸車送上了火星。然而,登陸車僅僅存活了短短的20秒鐘,就香消玉殞了。1973年,蘇俄太空總署又送上一枚繞行火星的飛行器,終於傳回了60張照片。很不幸地,此枚飛行器的壽命也只維持了短短的九天,就一命嗚呼了!直到1996年為止,先後又嘗試了數次的火星探謎之旅,依然是全軍皆墨、灰頭土臉!

美國起步較晚,1964年開始,前仆後繼地發送探測器到火星。這些環繞著火星運行的探測器,先後命名為Ranger 1、2、……、6。起先,探測器是繞著火星軌道運行。然後,再「自殺」式地(受制於火星引力)朝著火星壯烈地衝去,有些像日本的神風(Kamikaze)特攻隊!在俯衝的過程中,攝影機拍攝火星的容貌,並將照片送回地球。前六架「自殺機」,全都壯志未酬身先死,常使NASA淚滿襟!直到第七架自殺機「Ranger 7」,在墜毀之前,成功地傳回7000多張照片。【更詳細的內容,請參閱第522期科學月刊】

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