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再造一个地球?科学家解读人类未来如何改造火星
来源:《中国科学报》 2016/03/25 10:48:24 作者:张晶晶
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导读: “嫦娥之父”、中国月球探测工程首席科学家、中科院院士欧阳自远,近期也发表文章深度解读了人类登陆火星后,如何将其改造成“蓝色行星”。如果人类要移居火星,需要做哪些事情?

在不久前结束的全国政协会议期间,卫星专家叶培建委员透露,中国准备在2020年发射火星探测器,次年登陆火星。这不禁让人回忆起2015年那部火爆全球的电影——《火星救援》,或许,飞向火星已经不再是个遥远的梦想。

“嫦娥之父”、中国月球探测工程首席科学家、中科院院士欧阳自远,近期也发表文章深度解读了人类登陆火星后,如何将其改造成“蓝色行星”。

如果人类要移居火星,需要做哪些事情?

火星是可能的避难所

火星是地球的近邻,同属于太阳系类地行星。火星距地球最短距离为5500万千米,质量接近于地球的11%,半径约为地球的1/2,重力相当于地球的1/3。其自转周期约为24.66小时,与地球的24小时相近;绕日公转周期为687天,一个火星年相当于1.89个地球年。由于火星的自转轴倾角为25.2°,与地球的23.5°类似,因而火星和地球在一年之中,都会有春、夏、秋、冬的季节变化——而这也正是地球与火星最相近之处。

欧阳自远院士写道,在远古时期,火星曾是一个气候湿润、生态环境较适宜生命繁衍的世界,大气层相比现在更为稠密,表面曾有过辽阔的海洋、星罗棋布的湖泊、涓涓流水的河流和洪水泛滥形成的冲积扇。

“各种理论研究表明,当时火星表面的水体总量,平均可覆盖火星表面深达100米。然而,火星表面的水体有相当一部分通过大气、电离层被太阳风吹走而丢失;另一部分,则可能以冻土和地下冰层的形式被保存了下来。”

根据目前的探测成果,火星上有液态水,可能有过适宜生命发育的环境,这就为人类向火星移民,开辟新的生存空间提供了希望。国家天文台副研究员郑永春在授受采访中告诉《中国科学报》记者,人类可以通过在火星上创造温室效应,经过一二百年的改造,使之成为太阳系中的另一颗宜居行星,为人类向火星移民,开辟新的生存空间提供新的希望。

生命可以在很多极端环境和极限条件下生存,细菌和孢子可以在非常寒冷、干燥、隔绝空气的环境下休眠数百万年,在环境条件适宜时重新激活。郑永春告诉记者,火星北极的土壤中就可能存在这样的休眠微生物菌落。“科学家还在地球上模拟火星的辐射、昼夜温差等环境条件,1万个样本中有6个食杆菌属的细菌在30天的试验后仍然存活,证明微生物可以在火星上长期存活。这也验证了人类改造火星的一种可能,即把低等微生物作为先锋生物释放到火星表面,通过生物作用逐步改造火星环境,最终使之适合人类生存。”

人类所居住的地球并非绝对安全,面临小天体撞击等重大灾难,而火星作为太阳系中与地球最为相似的行星,是人类面临这些灾难时可能的避难所。

再造一个地球

郑永春解释说,改造火星环境绝非一朝一夕可以实现,需要经历漫长的时间。人类要最终移民火星需要经历四个阶段:首先是探测火星,然后是载人登陆火星,接着才是改造火星,最后是火星移民。

欧阳自远院士解读了将改造火星的步骤:首先要提高火星表面的温度;其次,增加火星大气的浓度,改变大气组分;第三步,建立火星表面的生态环境;第四步是建立火星农牧业,解决粮食自给问题;第五步,也是非常重要的一步,要建设能源和原材料供给相关的工业设施。

“等这些都具备了,就可以开始建设人类的生活基础设施,实施火星旅游或移民了。”

升温是改造火星的第一步。科学家目前的设想之一是,可以通过释放火星南北极的干冰,使火星大气的二氧化碳浓度提高,创造温室效应。火星全球升温之后,地下水涌出,火星上将有大面积的地表水。然后利用适应严酷环境的先锋植物在火星上进行光合作用,吸收二氧化碳、释放氧气,慢慢改造火星大气成分。经过漫长的岁月之后,火星将具有大规模的液态水、适宜的温度、富含氧气的大气层等与地球相似的环境,从而实现向火星移民的征程。

SpaceX公司首席执行官艾伦·马斯克曾于去年表示,自己正在考虑如何让火星变暖,想法是可以使用核弹在火星上创造两个太阳,这样就能让火星冰层融化,全球温度可满足人类生存需求。

“就目前来看,各国主要精力还是在停留在探测火星的阶段——即全面认识火星,包括它的地形地貌、物质成分、表面环境、内部结构等基本特性,并了解这些特性对人类在火星上生存的影响,为人类未来登陆火星提出针对性的解决方案。”谈到目前各国所做的尝试,郑永春告诉记者。

有生之年看人类登陆火星

截至2013年底,人类共进行了42次火星探测活动。由于地球和火星的轨道运动差异,火星探测器的发射窗口每26个月才会“打开”一次。从1996年以来的8个发射窗口,已经发射了11颗探测器,取得了大量探测资料。美国、俄罗斯、印度、日本等国家均已发射过火星探测器,获得了大量科学数据,火星成为太阳系中除地球外人类认识最深刻的行星,甚至超过了人类已经登陆过的月球。

在我们的有生之年,不出意外的话,或许可以看到人类登陆火星。

美国航天局在去年10月公布了登陆火星的详细计划。长达36页的报告把登陆火星分成三个阶段实施,认为虽然面临许多挑战,但都“可以克服”。报告中没有设定登陆火星的具体日期,但美国国家航空航天局(NASA)局长查尔斯·博尔登在声明中说,美国“比历史上任何时候都接近将宇航员送上火星”。

在报告中,NASA承认登陆火星面临许多挑战,其中“最重要的挑战是在长达1100天的长期任务中,确保人员安全”。报告称,前往火星的宇航员长期处于高辐射的环境下,可能面临癌症、骨质疏松、免疫问题等风险。

郑永春在采访中告诉记者,在载人登陆火星方面,目前登陆火星所需的载人飞船、重型火箭、就位资源利用等关键设备和技术均已经过了相当长时间的研发。根据现有技术发展,预计未来20年左右,人类将首次登陆火星。

在实现载人登陆火星,突破关键技术之后,人类将进一步就位利用火星资源,通过多次运输,建设自给自足型的火星基地。至于何时人类才能真正移居火星,郑永春表示,“预计在2050年之前,将有一批航天员实现在火星基地的长期生存”,但这个时期火星的环境还不适宜人类大规模移民,“航天员只能借助密闭的火星基地实现定居,并进步扩大火星基地的规模,完善其功能。”郑永春乐观地展望未来:“然而,即便前往火星的远征非常艰难和昂贵,人类仍将为此而不懈努力。因为这是全人类的共同梦想,是人类在太阳系中永续生存的关键,事关人类未来,标志着人类真正有能力长期生活在另一个星球。在实现火星移民的征程中,人类的技术、能力和知识将大幅增长,我们在地球上的生活也将长久受益于此。”

蒋志海制图

原标题:再造一个地球?科学家解读人类未来如何改造火星

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