火星上怎么才能活下去? 五百年前的大航海时代

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五百年前的大航海时代，哥伦布发现了美洲大陆。而五百年之后，世界上最发达的国家出现在这片大陆上。

五百年后的今天，人类正在从大航海时代进入到大航天时代，人类将从地球出发，先登陆月球，再登陆火星。更长远些，人类将大规模移居火星，火星将成为人类的下一个家园。

人类开展火星探测主要包括四个主题：1、火星上有没有生命；2、火星的环境是否适合生命存在；3、火星地质，能否就地取材实现火星生存；4、为载人登陆火星做准备。

在过去40多年里，基本上每个火星发射窗口【注1】都会发射航天器去火星，迄今已有40多次火星探测任务。2020年左右，中国将发射第一个火星探测器。

火星曾经是科幻小说经常用到的主题，但现在很多科幻小说基本上不再写火星，因为科幻小说家已经驾驭不了这个题材，他们描述的火星场景很可能与实际的最新探测结果不相符。

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发射的凤凰号火星着陆器的着陆腿上发现了一些露珠，挖出的火星土壤经加热后测到明显的水蒸汽，这说明火星大气含有微量水。

发射的火星勘测轨道器上有一台功能强大的相机，能获得火星表面的高分辨率照片，分辨率达到30厘米，因此数据量很大。此前十个火星探测器获得的数据量加起来还不如它。如果火星上有滚动的篮球，火星勘测轨道器应该可以拍到。所以现在的火星上肯定不会有大型的动物。

?有一项研究曾经轰动世界，火星上发现的季节性坡纹证明火星现在就有液态水。这些季节性坡纹在一年里反复出现在火星的一些斜坡上，夏秋季涌现，冬春季消失。通过火星勘测轨道器上的光谱探测，科学家发现，季节性坡纹中含有高氯酸盐，也就是我们常见的干燥剂。高氯酸盐易于吸水，变成了含有结晶水的高氯酸盐。季节性坡纹中高氯酸盐的发现，说明现在的火星上还有液态水，这些液态水也就是我们常说的卤水。以前家里用粗盐的时候，会在盐缸底下放一个盘子，粗盐潮解之后就会渗出水来，这种水就是所谓的卤水。

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高氯酸盐是有毒的，摄入过多的话会导致婴儿畸变。但高氯酸盐在火星上可以降低水的冰点。我们知道，火星表面温度与地球南极相似，大约零下四五十摄氏度。但是，如果是含有高氯酸盐的液态水，冰点就可以降低到零下70摄氏度。很多人会好奇，火星上温度这么低，为什么还会有流动的液态水？原因就在于这是含有高氯酸盐的液态水。大家在家里烧水时，100摄氏度沸腾气化，0摄氏度结冰，所以0摄氏度是水的冰点，100摄氏度是水的沸点。但在青藏高原烧水的时候，七八十摄氏度，水就会沸腾，所以在那里只能用高压锅煮饭，电饭煲是煮不熟的。火星上的大气压相当于地球的0.6%，正常情况下，10摄氏度水就会沸腾，0摄氏度水会结冰，但加入高氯酸盐后，水的沸点将提高到40摄氏度，冰点将降低至零下70摄氏度。也就是说，在火星零下70摄氏度的低温下，仍然可能存在流动的液态水。根据这些研究成果，最终确定火星上季节性的坡纹是液态水导致的。液态水的发现为人类移民火星提供了重要希望。

有大量证据表明，火星上曾经有非常浓密的大气层，曾经有过适宜生命繁衍的环境。但火星上是否曾经有过生命？能不能在火星上找到化石？火星上曾经浓密的大气为何消失？马文号火星探测器的探测数据分析表明，火星曾经有过强大的磁场，使大气层受到保护。由于火星磁场的消失，来自太阳的太阳风带电粒子直接与火星大气层相互作用，把大气层吹走，所以火星大气层的消失是火星磁场消失导致的。地球的大气层会不会消失呢？幸运的是，地球磁场仍然非常强大，在地球磁场的屏蔽下，太阳风带电粒子无法抵达地球大气，大气层就被保护在磁场里面。

有一部好莱坞大片《火星救援》，电影中的火箭、飞船、航天器、宇航服等很多道具都是美国宇航局正在研发中的航天产品。我预计，未来二十年左右，人类将登陆火星。

如果登陆火星，首先需要一个居住舱，最好是可移动的。

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太空辐射也是一个重要的问题。火星没有全球性的磁场，太空辐射强度很大。从地球往返火星需要500天左右。一项研究表明，如果经历500天的行星际旅行，太空辐射可以把人体三分之一的细胞杀死。

为了屏蔽辐射，科学家想出了很多办法，一是在居住舱外部覆盖一层厚厚的火星土壤，只要足够厚就可以屏蔽辐射。我们在医院做X射线透视的时候，医生会让你穿很厚的防护衣，里面就是铅板。

另一种方法是创造人工磁场，我们知道，电流会产生磁场，磁场可以屏蔽带电粒子。

由于火星的直径仅为地球的一半，人类在火星上长期生活的话，失重也是一个重要考验。为了解决失重问题，需要创造人工重力。

生产氧气和水绝对是火星生存的首要任务。火星上的水非常宝贵，需要循环利用，也就是今天喝下去的水经过体内循环排泄，再次净化后将再次饮用。这种水循环净化系统在现在的国际空间站上已经成熟应用了。我们头顶400公里高度的国际空间站里，常年有7名航天员居住，最多的时候一共有13名航天员在那里吃喝拉撒睡，饮用水已经完全实现自主循环。

食品供应。虽然很多可以长期存储的食品可以从地球上运送过去，但新鲜的蔬菜和水果怎么办？实际上，国际空间站已经实现了蔬菜和水果的无土栽培。而且通过研究，可以发现不同的蔬菜水果对不同波段光照的反应不同，所以可以通过不同波段的光照控制，提高光合作用的效率，蔬菜和水果的生长速度与品质可以超过自然光照下的种子。

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火星土壤跟地球土壤不同，地球土壤含有大量微生物，火星土壤则没有微生物，相当于石英砂。电影《火星救援》中航天员在火星上种菜，首先用地球土壤中的微生物和人体排泄物中的微生物改造火星土壤。电影中，马克用海绵把鼻孔塞起来，把队友们遗留在火星上的粪便收集起来，因为里面有大量的微生物，跟火星土壤和从地球带去的一小盆土壤混合，目的就是把微生物接种到火星土壤里面去，改造火星土壤。但现在随着无土栽培和现代农业技术的发展，很可能不需要再改造火星土壤来种菜了。

在人类登陆火星前，需要做大量的地面训练，因此需要在地球上寻找与火星环境相似的场所，中国柴达木盆地就有这样的场所，也就是盐湖干涸后留下的场景，跟火星上的湖泊干涸后的场景相似。航天员可以在这样的模拟试验场进行训练。

人类移民火星需要经历四个阶段。第一个阶段是探测火星，人类已经开展了40多次火星探测任务，获得了大量有关火星的地形、地貌、地质、大气、环境、磁场、岩石、矿物组成等的探测数据，甚至在有些方面超过了对地球的认识。第二个阶段是载人登陆火星，预计二十年之后，2035年前后，第一批航天员将登陆火星，但是第一次登陆火星应该是一次短期的居留，可能几个月后再返回地球。第三个阶段是改造火星，建设一个小型火星基地，有十几位航天员或几十位航天员参与，在密闭的火星基地内创造一个适宜居住的生活环境。深圳刚刚启动了一次为期180天的密闭生存试验，数位志愿者将在密闭空间内生活六个月，他们在里面种植物，通过植物的光合作用生产氧气，所以即便呼吸用的氧气都要自己生产。种植的植物一方面要生产氧气，另一方面要供应食物。期间的收割和存储周期也要严格计算好，否则很可能导致青黄不接，难以为继。更大规模的改造火星，则需要释放火星南北极的二氧化碳到火星大气中，在火星上创造温室效应，然后是全球变暖，导致火星冻土融化，埋藏在地下的水大量涌出，火星上将重新拥有江河湖海，然后可以实现绿色植物大量吸收二氧化碳释放氧气，逐步改造火星的气候和环境，使之逐步适宜人类生存。第四个阶段是大规模移民火星。改造火星和移民火星的时间会非常长，可能需要长达百年以上。

说一千，道一万。火星的环境远比地球恶劣，人类要登陆火星和实现火星生存，还需要克服大量的科学问题和技术难题。但这种对未知世界不畏艰险的挑战精神，恰恰是人类文明蓬发展的不竭动力。

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