改造火星

今天，人類已經(jīng)親手觸摸過月球，人類發(fā)射的探測器也已經(jīng)考察過許多行星。在不久的將來，人類還會把宇航員送上火星，進(jìn)而高舉“移民火炬”，把火星環(huán)境改造成適合人類居住的地球式天堂。的確。天體生物學(xué)家和物理學(xué)家是一些“野心家”，他們下定決心要“改天換地”，不僅要改造火星，還要改造金星，改造土衛(wèi)六，改造木衛(wèi)二，改造月球?？傊?。所有經(jīng)過改造人類就可以居住的星球都在他們的改造計劃之列。

“改造行星”的另一種叫法是“行星地球化”。這個美好的名字是科幻作家天馬行空想象出來的。最早出現(xiàn)在上世紀(jì)40年代，由威廉森創(chuàng)作的一組短故事中。20世紀(jì)60年代著名行星物理學(xué)家卡爾·薩根把它用于科學(xué)著作。所謂“行星地球化”，是指把惡劣的行星環(huán)境改造成適合人類生存的環(huán)境。行星環(huán)境改造的過程就是“行星地球化”的過程。

目前，科學(xué)家的改造目標(biāo)是火星。為什么要選擇火星呢?

這是因為火星是地球的“孿生兄弟”，兩者之間有許多相似之處。例如，地球上的一天是23小時56分，火星是24小時37分，兩者有幾乎相同的晝夜；地球的軌道面與赤道面的夾角是23度27分，火星是25度11分，它們有幾乎相同的季節(jié)變化；地球的兩極地區(qū)終年覆蓋著皚皚白雪，火星的兩極地區(qū)存在著潔白的極冠，極冠中有凍結(jié)的二氧化碳(又叫干冰)。這些相似性都表明火星與地球最相像，是“改造行星”的最好候選樣品，因此科學(xué)家做出決定：“改造行星”從火星入手。

2004年3月28日，美國宇航局召開了一次國際研討會，會上提出了“火星地球化”的宏偉目標(biāo)：“探測器在火星上尋找生命時檢驗了科學(xué)家?guī)资陙黼y以捕捉的夢?？茖W(xué)家相信，他們有能力實現(xiàn)這個夢——把紅色火星變成有潺潺流水、綠色田野、涼爽微風(fēng)、到處行走著生物的世界?！焙喍灾ㄟ^“火星地球化”，把火星基本上變成第二個地球。這是一個恢弘的計劃，一項浩大的工程。

怎樣才能完成“火星地球化”這一恢弘計劃呢？科學(xué)家考慮司以分兩步走。第一步，恢復(fù)火星厚厚的二氧化碳大氣，恢復(fù)它的“可居住”(實際上是可供生物利用)狀態(tài)，讓隕擊坑成為湖泊，讓火星表面流水潺潺；第二步，在第一步的基礎(chǔ)上進(jìn)行“地球化”，種植花草樹木，讓荒蕪、干燥的火星原野和山坡上鮮花遍地、綠樹成蔭，綠色植物制造出氧氣。讓地球移民在飄浮著白云的蔚藍(lán)色火星天空下生活，有水喝，有能量使用，有適宜的生活環(huán)境。

為什么要分兩步走呢？

科學(xué)家認(rèn)為，火星與地球猶如“一母所生”，同宗同源，誕生的時間也相同，地球的歷史在某種程度上應(yīng)當(dāng)可以反映火星的歷史。在地球歷史上，存在過兩種明顯不同的可居住條件：前寒武紀(jì)的居住條件和今天的居住條件。在大部分前寒武紀(jì)時期，地球大氣的主要成分是二氧化碳，氮的含量很少，可供呼吸的氧的含量更少，那是地球的原始大氣，人類不能呼吸，但能滿足植物和微生物的需要，所以當(dāng)日寸的地球上有大量的植物和微生物。在今天，地球大氣中有77％的氮、21％的氧，而包括二氧化碳在內(nèi)的其他成分只占2％。地球大氣中的氨提供了充足的緩沖氣體，氧滿足了人類的呼吸需求。

如果向火星大氣注入二氧化碳等溫室氣體，使火星加熱，可以想象火星大氣此后至少對植物和微生物來說是好的，猶如幾十億年前的地球大氣那樣。但是這種大氣對人不好。因為人體內(nèi)有氣泡，要除掉人體內(nèi)的氣泡，使之適應(yīng)火星的二氧化碳大氣，這就太難了。人類生命耐受二氧化碳的能力一般較低，如果人暴露在二氧化碳中，在很短時間內(nèi)就會因吸入高劑量的二氧化碳而導(dǎo)致頭暈、不省人事甚至死亡！“火星地球化”的終極目標(biāo)是實現(xiàn)向火星移民，因此在火星大氣中不能有大量二氧化碳。

借鑒地球大氣演化歷史，科學(xué)家提出了“火星地球化”分兩步走的計劃：第一步是建設(shè)像地球寒武紀(jì)時期的大氣世界，即二氧化碳世界，第二步是建設(shè)現(xiàn)代地球的大氣世界，即氧世界。

顯而易見，“火星地球化”可不是一下子就能完工的浩大工程。首先，一個“地球化”的火星一定要具有維持生命的一些主要因素一一水、氮、氧、二氧化碳和合適的溫度。大多數(shù)生命的生化過程都是在水里發(fā)生的，因此液態(tài)水是最重要的物質(zhì)；幾乎所有的生物分子都少不了氮和二氧化碳，同時它們也是維持植物生命所必須的，因此這兩種物質(zhì)也不能缺少；氧氣則是生命呼吸所必需的。其次，由于火星的質(zhì)量比地球小，大氣容易逃逸，為了給生命呼吸提供充足的氧氣，火星大氣的濃度應(yīng)當(dāng)是地球的3倍。再次。改造火星大氣必須注入溫室氣體，而由于種種原因，特別是運(yùn)輸方面的原因，溫室氣體不能由地球提供，必須在火星上就地取材，就地生產(chǎn)，并及時輸進(jìn)大氣層，因此還需要能源。

如此看來，水、能源和環(huán)境是“火星地球化”必須解決的三大難題。

水是生命的關(guān)鍵因素，在地球上，有水的地方往往就有生命?；鹦翘綔y器拍攝的大量照片告訴我們，火星表面有許多被黏性不高的流體侵蝕過的痕跡，據(jù)分析這些流體是流水。據(jù)此。科學(xué)家認(rèn)為，幾十億年前火星表面曾經(jīng)有巨大的洪水，大到淹沒了火星北方平原，而且這些洪水是突然發(fā)生的?！盎鹦侨蚩睖y者”還在火星上拍攝到一個大約長2500米的峽谷，很像地球上著名的美國亞利桑那大峽谷。在亞利桑那大峽谷的谷底有一條水溝，火星峽谷里也有?？茖W(xué)家認(rèn)定，就像在亞利桑那大峽谷中所發(fā)生的情形一樣，很久以前，在火星表面也有一條長期流動的大河，潺潺流水穿山鑿石，直到在火星表面形成一個巨大的峽谷。

幾十億年前的火星上有大量水，說明古代火星與地球具有某種相似性。那么，現(xiàn)在的火星上有水嗎？科學(xué)家一直致力于在火星上尋找水。尋找的方法基本上有兩種：地面觀測；發(fā)射探測器到火星附近甚至直接登陸火星表面進(jìn)行測量?；鹦翘綔y器分為兩類，一類作軌道飛行，進(jìn)行火星全球探測；一類登陸火星表面，在固定點(diǎn)上或者用“漫游者”旅行車(一種六輪車)在登陸點(diǎn)周圍進(jìn)行測量。經(jīng)過大量探測，特別是“火星全球勘測者”登陸以來的眾多探測，現(xiàn)在科學(xué)家不再懷疑火星上有水了，只不過由于火星表面氣壓太低，水變得像地球上的干冰，所以我們在火星上看不到液態(tài)水，只能看到水蒸氣和水冰。

水找到了，“火星地球化”的第一個問題就可以解決了。第二個問題也好解決，像太陽系里其他天體一樣，能量可以從太陽光里來?，F(xiàn)在有個大膽的想法，制造一面直徑幾百千米的巨大反射鏡，在火星上空的軌道上運(yùn)行，將太陽光反射到火星表面，對火星自動加溫。類似的試驗俄羅斯科學(xué)家已在地球上空做過。他們制作了一面直徑20米的反射鏡，放在地球上空的軌道上對地球加溫。他們用這種方法改善了俄羅斯北方地區(qū)的氣候。

“火星地球化”工程要解決的第三個問題是：火星環(huán)境改造。為了解決這個問題，科學(xué)家設(shè)計了很多工程。其中一個是“?？虏ㄒ廖魉埂惫こ?。

“火星地球化”是一項復(fù)雜的工程，解決了水、能源和環(huán)境問題還沒有大功告成，更不能鳴金收兵，我們的最終目標(biāo)是：把地球人移民到距離地球7800萬千米的火星上，并且在那里建設(shè)新的文明世界。要達(dá)到這個目標(biāo)，除了有水、能源和合適的環(huán)境外，人類如何前往火星，到了火星上又如何生活，等等，這些問題都必須及時解決。這在航天科學(xué)上叫做“生命保障問題”。為了解決這個問題，就必須提供“生命保障系統(tǒng)”(也叫“生命支撐系統(tǒng)”)——為生物新陳代謝提供必需品的系統(tǒng)。

生命保障系統(tǒng)分為三種：移民到火星表面途中的生命保障系統(tǒng)，移民到火星附近軌道上的巨型人造居民區(qū)(內(nèi)部包括人工建造的草地、樹木等自然景觀，人住在那里以便改造火星環(huán)境)之后的生命保障系統(tǒng)，以及移民到火星表面之后的生命保障系統(tǒng)。這三種系統(tǒng)截然不同；在飛船上，內(nèi)外環(huán)境是相互隔絕的，而在火星上，地面與空間是融為一體的。前一種生命保障系統(tǒng)可由地面提供，后兩種系統(tǒng)則需要由生物自動再生生命支撐系統(tǒng)生產(chǎn)。目前的空間飛行器，不管是載人或不載人飛船，包括像“阿波羅”那樣輸運(yùn)宇航員去別的星球的飛船，其生命支撐系統(tǒng)都是由地面提供的。而將來在火星上長期生活的人們是不能依靠地面提供生命支撐的，他們必須利用生物自動再生生命，就地提取原料，就地生產(chǎn)、加工一切所需的生活用品。

目前，多數(shù)天文學(xué)家已經(jīng)取得共識：實現(xiàn)“火星地球化”需要花很長時間和很多經(jīng)費(fèi)，整個過程宛如登山，奇峰絕壁最難攀，峰頂風(fēng)光最秀美。人類一定有智慧和能力攀登到山頂，最終把火星改造成自己的另一個家園。我們期盼著這一天早日到來。