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2018/01/09 第86期 | 訂閱/退訂 | 看歷史報份 | 科學少年 | 粉絲團

 
編輯的話 如果有一天我們要離開地球!--《移民火星》
本期主打 移民火星
好文推薦 動物天生愛模仿
可以再隱再現的墨水
活動專區 師生一起投稿玩科學~~
實驗室生活不再苦悶!《科學少年》+《燒杯君和他的夥伴》陪你輕鬆愛上科學!

   

如果有一天我們要離開地球!--《移民火星》
郭雅欣
移居其他星球一直是科幻電影及小說常見的題材,不過現在科學家正準備把這個夢想實現──美國航太總署(NASA)的移居火星計畫正在如火如荼的進行著。然而要搬到其他星球去居住可不是件小事啊!這跟你搬家到其他縣市重新生活是完全不同檔次的任務,畢竟要離開地球這個熟悉的環境,得做好萬全的準備才行。從交通到居住,再到我們要吃什麼,每一項都是大難題。幸好厲害的科學家們已經提出各種解法了,就從 〈移民火星〉,開始窺知一二吧!

投稿囉!《科學少年》邀請老師同學一起在課堂上閱讀《科學少年》,不但可以獲得有趣的科學知識,還能一起參加投稿活動拿贈品!這麼好康的活動就等你來參與!詳見下方 「活動專區」。

 

移民火星
趙士瑋

常常看到新聞上又是氣候變遷,又是環境汙染的,會不會有一天,地球變得沒辦法住人了呢?當然,我們都不希望那一天真的來臨,但是為了未雨綢繆,也為了把人類的足跡拓展到宇宙更遠的角落,科學家從很久以前就開始計畫一勞永逸的解決方法:搬家到另外一個星球!

那麼去哪個星球好呢?金星?超濃厚的大氣導致平均溫度高達400多度,連探測都困難了,不考慮!水星?太陽系中距離太陽最近的行星,別說溫度也是高達好幾百度,更是連大氣層都沒有了!月球呢?月球也沒有大氣層,而且離地球較近,一旦遇到天大的災難,也躲不過……

於是各國太空單位的首要目標,是地球相近的鄰居─火星,美國航太總署(NASA)更已經喊出要在2030年前把第一批居民送上去!聽起來是很美好,但是火星畢竟不像地球這麼舒適,從搭上太空船那一刻起,任何一個環節出了差錯都會導致嚴重的後果。就讓我們用火星定居做為例子,看看人類要在險惡的外星球另起爐灶,要解決哪些難題。

火星長征

宇宙是一個非常遼闊的地方,即使是前往鄰近的火星,我們也需要個一年半載以上,前往外星球的移民必須要在太空船裡能平安度過旅程的每一天,不僅糧食、水、氧氣等必要補給品得準備充足,人類生存所消耗的資源可是非常驚人的,再加上大半年封閉在太空船中衍生的心理問題,都是準備長途太空旅行之前必須審慎思考的。

以繞行太陽的軌道來看,火星位置距離地球最短距離也要5500萬公里,就算採用搭載核能引擎的太空船至少都要飛行6~8個月之久才有辦法抵達,這樣的長途旅行還得有適合人類可生存的空間,目前已在國際太空站將充氣式太空艙運作成功,屆時能夠解決長征火星的太空人吃喝拉撒的問題。

當前最困難的課題是人體在無重力的太空環境下,肌肉會萎縮、骨骼會退化,體內的液體會集中在上半身,內臟會變形跑來跑去,腦內壓力增大,擠壓眼球導致視力模糊……等等,這些情況目前仍待克服解決。

行程規劃是另一項課題,不可能傻傻的從地球一鼓作氣飛過去吧?現在各國對於前進火星有許多方案,有的甚至宣稱幾年內要帶100萬人上火星,而NASA推出前進火星三階段,第一階段在近地球軌道的國際太空站完成所有測試,同時發射大型火箭前往月球探測;第二階段就是在月球上打造太空基地,同時派出前導部隊前往火星;第三階段在火星衛星上建立探測站,這時前導部隊也在火星上建好初步基地,才能有第一批移民浩浩蕩蕩搭乘運輸火箭抵達火星。

打造火星基地

好不容易經過漫長的太空船旅行,到達火星,順利降落之後,大家要住在哪裡?火星上的溫度對於人類而言仍舊偏低,大氣較稀薄所以太陽輻射線強烈,因此人類戶外活動仍須穿著太空衣才安全,居住的艙室也要有保護的功能才行。

初期可利用太空船的艙室改造成居住艙,利用太空船的設備打造壓力艙,住起來更類似地球般的舒適,還可以利用3D列印建造出居住的艙室,但如果要開始在外星上有意義的「生活」,遲早得要踏上地面,建立可以長期居住的基地。

接下來就是尋找適合建造長期基地的地點,NASA推出移動式探險車,車廂還能充氣出一個臨時居住艙,這艙室外層有一層水會結成冰,除了能供應探險隊水源,既可保暖又能阻絕太陽輻射線,這樣的「冰屋」對尋找基地有很大的幫助。

探險隊尋找的外星基地必須是有遮蔽功能的,以火星來說,無人探測車、飛行器勘察地表後,找到了一些大型的凹穴。有科學家建議把外星基地設置在這些凹穴中,不僅有更多的防護,安全性較高,環境溫度也較穩定。即使大氣中富含二氧化碳,溫室效應強的火星,日夜溫差都逼近80℃,在大氣更為稀薄的星球,尋找如天然洞穴這樣相對恆溫的環境可說至關重要。

另外目前已知火星有許多地層含有地下冰層,因此長期基地最好能建立在這樣的地層上,可提供基地的水源,種種條件都確認後,就能開始打造適合居住的生存基地。……

[更多詳細內容請參閱《科學少年》2018年1月 ]

 

動物天生愛模仿
曾彥誠

當個邊緣動物

離群索居、默默的、外表非常不出色,極度容易讓人忽略,或是看起來幾乎與背景相同,這是避免引起注意的最好辦法,當個隱形人吧!麻煩以及掠食者都不會找上門。

一般動物會盡量讓自己的體色與背景相似,科學家稱這種現象為「隱蔽」,也就是保護色,使自己隱身在環境當中。我們可以看到綠色的青蛙,可是看不到綠色的北極熊,想像一下如果有一隻綠色北極熊,那牠就太高調了!在一片雪白的北極冰帽上,綠色會顯得相當搶眼。

有看到下圖中的青蛙嗎?這種梭德氏赤蛙一點也不「青」,牠的顏色是褐色,與周遭枯枝落葉的顏色非常相像。這種蛙平常就生活在潮濕森林的底層,躲藏在落葉縫隙當中,也吃裡頭出沒的蟲子,到了牠們的繁殖季時,會大量往溪邊聚集,這時候是牠們最容易被發現的時候,當離開了原本躲藏的場所,橫跨馬路時會有被車輛輾斃的風險,而且這樣盛大的聚會也會吸引許多掠食者。

來看看梭德氏赤蛙的其他好朋友,像右圖這隻澤蛙,主要生活在有泥灘地的草叢中,所以在水稻田邊很容易遇到牠,牠的體色就像是一坨爛泥巴上長著青苔一樣,隱蔽效果良好!不過牠的背上怎麼會有一大條線啊?這叫做「背中線」,有些科學家認為,身上有這樣一條線,在視覺上可打亂身體的輪廓,敵人就不易找到牠的本體。

再來這隻好朋友叫做莫氏樹蛙,稱牠為青蛙應該是當之無愧了,背部幾乎是一整片綠色,腹部則是白色,而牠的大腿內側是紅底帶黑斑。莫氏樹蛙喜歡在枝葉間移動,所以體色就像綠色的葉片。大部分蛙類的體色是綠色或褐色,因為這是大自然中最常有的配色了,像草叢和樹葉是綠色,而樹枝和土壤則是棕色、褐色,選擇這二種顏色在身上最保險了。

不知道你有沒有留意過家中的壁虎,大多是米白色的,沒什麼條紋,但你可知道主要是因為我們家裡的牆壁導致的嗎?原本野外壁虎的條紋其實很明顯,是模仿樹皮的紋路,但由於家裡的牆壁大多是漆成白色,因此身體的斑紋愈不明顯愈好,比較不容易被天敵發現。

另一個為了適應人類開發的例子,是發生在19世紀的英國,一個叫曼徹斯特的城市,因為工業排放的煤炭煙灰飄散,使附近的樹木顏色變黑,原本棲息在淺色樹木上的胡椒蛾大多是白色型,後來卻變成黑色型居多。科學家認為因為白色型的胡椒蛾在染黑的樹木上顯得相當醒目,容易被掠食者發現,所以數量減少,才歷經幾十年的時間,已經可以看到天擇演化的力量作用在胡椒蛾身上。我們人類不經意的干擾也會影響到這些動物的隱蔽,使得牠們在演化上漸漸做出改變,以適應外在的環境。……

[更多詳細內容請參閱《科學少年》2018年1月 ]

可以再隱再現的墨水
科學少年編輯部

電影中的007情報員總是很輕易的就利用高科技設備破解出機密文件,也因此科學家們更是想盡辦法將機密文件用更複雜的方式隱藏起來,例如用隱形墨水來記錄機密資料。咦?隱形墨水不就是科學實驗常玩的無字天書嗎?用酸性的溶液當成墨水寫在紙上,只要烤一烤就現形了,其實更高科技的隱形墨水是可以多次重覆現形的,例如含有螢光成分的墨水,用UV光一照就能顯像,關掉UV光就又看不見了,也因此想要竊取資料的人只要用UV燈一照,機密就被竊取外流了,太難以防範了!

現在發明了新型的隱形墨水,用這種神奇的隱形墨水印刷的文件,印出來時經過加密乾燥後就看不見了,而且它在UV光源下無法直接顯現,而是要先噴上含有鹵化鹽類(例如溴化鉀)的藥劑,才能在UV光源下顯現。哼哼!想竊取資料的情報員這下頭大了,多了一道破解手法,讓文件保密措施更加周到了。

更厲害的是,這份被解密的文件還能再度關上,就是把文字再度隱藏。哇!這不是電子設備,只是薄薄的一張紙,是怎麼辦到的呢?原來墨水在UV光下能顯現,是因為被鹵化鹽類轉換出了能發出螢光的成分,當再度浸泡過甲醇溶液後,原先的墨水中發螢光的成分就產生化學變化,瞬間變成了另一種化合物,在UV燈下看不見,一般燈光下更是找不到痕跡,是不是很神奇?

這種墨水的轉換能力相當好,經過實驗,將印刷內容開開關關多達二三十次後,仍然相當穩定,隱藏和顯現的效果仍舊很好。不過這種墨水含有鉛這個有毒成分,為了讓人們能更安心的使用,目前研究團隊正積極開發不含鉛成分的墨水。未來這種墨水將能運用在光、電、機械等各產業界,做為防偽、資料儲存等用途,也能更進一步讓情報單位用來加密資料。這下子不管是首席情報員詹姆士.龐德,還是《不可能的任務》裡的伊森.杭特,都別想破解我們的機密文件!

[更多詳細內容請參閱《科學少年》2018年1月 ]

 

師生一起投稿玩科學~~

欲帶領同學共同參與「全班一起來投稿」活動的老師,請填寫報名資料。每期將選一校之老師致贈教學所需當期雜誌(至多30本)。獲選之老師請於當月底前提供10件以上30件以下學生作品參加投稿園地。並提供200字以上教學心得與全班拿雜誌之照片。

[活動報名]

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