人類下一個目標(biāo)：火星

人類下一個目標(biāo)：火星

主講人：卞毓麟中國科學(xué)院北京天文臺教授、中國天文學(xué)會常務(wù)理事、天文學(xué)名詞審定委員會主任

火星簡直就是一個袖珍的地球

除了自己生活的地球之外，人類現(xiàn)在唯一到過的就是月球。1969年7月，人類在月球上留下了第一個腳印。在踏上了月球之后，接下來人類又將往哪里去？

據(jù)悉，月球距離地球不過384400千米。但是，經(jīng)過幾十年的探索后發(fā)現(xiàn)，盡管月球有豐富的資源和能源，但月球表面沒有任何大氣，是超高真空狀態(tài)。月球并不適合我們?nèi)祟惥幼　?/p>

在太陽系中，金星和火星是地球的近鄰。

但是，金星的環(huán)境非常惡劣。金星的大氣層非常濃厚，而且里面充滿著溫室氣體二氧化碳。金星現(xiàn)在的表面溫度已超過450度，把金屬鉛或者金屬錫放在上面都能熔化，因此金星也不是人類的好去處。

“火星之所以吸引我們，還有一個原因就是它和地球很相似，有時候人們覺得它簡直就是一個袖珍的地球?！薄盎鹦堑闹睆奖鹊厍虻囊话脒€要大，相差不算太懸殊?；鹦堑馁|(zhì)量大概是地球的0.11，而月球的質(zhì)量只有地球的1/80；火星的一晝夜是24小時40分鐘，比地球的一晝夜只長了40分鐘；此外，火星上的四季也和地球上差不多?！?/p>

像地球一樣，火星上有大氣，雖然大氣比地球稀??；火星上的氣溫大致和地球的南極洲相近，不過在夏天比較暖和的時候，有時候氣溫還是高于零度，不算太冷。

除了月球、火星，其實(shí)我們?nèi)祟愡€探測了其它許多行星，如木星、水星、海王星等。人類探測包括火星等這些無人星球，還有一個重大的意義在于，為我們?nèi)祟愌芯康厍虻膹?fù)雜氣候、生命等提供參考。

火星上究竟有無生命？

最近，美國火星探測器“好奇號”在火星上探測到了甲烷等有機(jī)物讓世界為之振奮。火星上究竟有無生命，再次成為全世界關(guān)注的話題。

據(jù)悉，2013年12月“好奇號”火星車負(fù)責(zé)人就發(fā)布了一組文件，他們表示對火星存在生命的可能性感到有信心。雖然火星上到現(xiàn)在為止還沒有發(fā)現(xiàn)生命，但是現(xiàn)在人類送到火星上的探測器、火星車畢竟活動范圍有限，對整個火星探測還不夠。

除了尋找生命，科學(xué)家還在尋找火星上有水的證據(jù)。2004年美國的“機(jī)遇號”火星探測器拍到了一張火星巖石的照片，這塊巖石上的紋理讓科學(xué)家們推測，應(yīng)該是成千上萬年流水的侵蝕而形成的；另外還拍到了火星上的云，雖然火星上由于溫度比較低，它的云是由冰晶形成的，而不像地球上由水汽形成，但云的發(fā)現(xiàn)也是令人欣喜。

2005年美國發(fā)射的“鳳凰號”火星探測器，在火星上發(fā)現(xiàn)了凍土層，按照體積計(jì)算冰的含量高達(dá)80%，據(jù)此推測這應(yīng)該是有大量的冰在火星的地表之下。

而最近“好奇號”發(fā)回照片的最大進(jìn)展是，似乎能證明火星上確實(shí)有一個古老的湖泊，并在湖泊的周圍發(fā)現(xiàn)了雪的跡象；還有和地球上類似的河床，河床中有不少圓形的石子，這應(yīng)該是經(jīng)過流水沖刷才會形成的，像地球上的鵝卵石一樣。

“現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了好多有利于生命的跡象，卻沒有確鑿地找到火星上的生命。但至今沒有發(fā)現(xiàn)任何生命，不等于那里就沒有生命，有水就有可能存在生命，所以人類仍然在努力尋找。”

地球到火星需多少時間？

人類已經(jīng)踏上過月球，什么時候會踏上火星？

大概2030年以后宇航員應(yīng)有機(jī)會親臨火星。而在2020年左右，火星探測器有希望將火星上的樣品帶回到地球。

對人類來說，去月球似乎已經(jīng)不是一件很難的事了，但是地球離火星有5600公里，比到月球上要遠(yuǎn)150倍。這還是一個不小的挑戰(zhàn)。

5600萬公里到底有多遠(yuǎn)？“我們乘高鐵現(xiàn)在到上海不到一個小時，如果以高鐵每小時時速300公里的速度，從地球開到火星大概要開20多年，即便是宇宙飛船，從地球飛到火星也要半年多?！?/p>

火星環(huán)境地貌

溫度

火星的軌道是橢圓形。因此，在接受太陽照射的地方，近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)之間的溫差將近160攝氏度。這對火星的氣候產(chǎn)生巨大的影響?；鹦巧系钠骄鶞囟却蠹s為218K（開爾文，溫度單位，即從絕對零度-273.15℃開始的攝氏度）（-55℃，-67℉），但卻具有從冬天的140K（-133℃，-207℉）到夏日白天的將近300K（27℃，80℉）的跨度。盡管火星比地球小得多，但它的表面積卻相當(dāng)于地球表面的陸地面積。

大氣

火星的大氣密度只有地球的大約1%，非常干燥，溫度低，表面平均溫度零下55℃，水和二氧化碳易凍結(jié)。在火星的早期，它與地球十分相似。像地球一樣，火星上幾乎所有的二氧化碳都被轉(zhuǎn)化為含碳的巖石。但由于缺少地球的板塊運(yùn)動，火星無法使二氧化碳再次循環(huán)到它的大氣中，從而無法產(chǎn)生意義重大的溫室效應(yīng)。因此，即使把它拉到與地球距太陽同等距離的位置，火星表面的溫度仍比地球上的冷得多。

火星的那層薄薄的大氣主要是由遺留下的二氧化碳（95.3%）加上氮?dú)猓?.7%）、氬氣（1.6%）和微量的氧氣（0.15%）和水汽（0.03%）組成的?；鹦潜砻娴钠骄髿鈮簭?qiáng)僅為大約7毫巴（比地球上的1%還小），但它隨著高度的變化而變化，在盆地的最深處可高達(dá)9毫巴，而在奧林匹斯山脈的頂端卻只有1毫巴。但是它也足以支持偶爾整月席卷整顆行星的颶風(fēng)和大風(fēng)暴。火星那層薄薄的大氣層雖然也能制造溫室效應(yīng)，但那些僅能提高其表面5℃的溫度，比我們所知道的金星和地球的少得多。

水的存在

火星的低壓下，水無法以液態(tài)存在，只在低海拔區(qū)可短暫存在。而冰倒是很多，如兩極冰冠就包含大量的冰。2007年三月，NASA（美國國家航空航天局）就聲稱，南極冠的冰假如全部融化，可覆蓋整個星球達(dá)11米深。另外，地下的水冰永凍土可由極區(qū)延伸至緯度約60°的地方。

在1965年“水手4號”首次飛掠火星之前，很多人猜測火星上有液態(tài)水，因?yàn)橥h(yuǎn)鏡觀測到的明暗特征猶如陸地和海洋，而一些細(xì)長條紋則被認(rèn)為是灌溉用的運(yùn)河。雖然之后證實(shí)細(xì)線并不存在，可能只是錯視，但火星很可能擁有液態(tài)水，甚至生命?；鹦强燔囂柡突鹦莻刹燔壍榔鞯睦走_(dá)資料顯示兩極和中緯度地表下存在大量的水冰。2008年7月31日，“鳳凰號”直接于表土之下證實(shí)水冰的存在。

地質(zhì)結(jié)構(gòu)

火星的內(nèi)部情況只是依靠它的表面情況資料和有關(guān)的大量數(shù)據(jù)來推斷的。一般認(rèn)為它的核心是半徑為1700千米的高密度物質(zhì)組成；外包一層熔巖，它比地球的地幔更稠些；最外層是一層薄薄的外殼。相對于其他固態(tài)行星而言，火星的密度較低，這表明，火星核中的鐵（鎂和硫化鐵）可能含帶較多的硫。如同水星和月球，火星也缺乏活躍的板塊運(yùn)動；沒有跡象表明火星發(fā)生過能造成像地球般如此多褶皺山系的地殼平移活動。由于沒有橫向的移動，在地殼下的巨熱地帶相對于地面處于靜止?fàn)顟B(tài)。再加之地面的輕微應(yīng)力，造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是，人們卻未發(fā)現(xiàn)火山有過活動的跡象。雖然，火星可能曾發(fā)生過很多火山運(yùn)動，可它看來從未有過任何板塊運(yùn)動。

從神舟5號到神舟10號，從嫦娥3號到月兔號，中國的航天事業(yè)已為世界所矚目。那么中國什么時候發(fā)射探測火星的飛船呢？很可能是2018年或者2020年。

“中國將要發(fā)射空間站，而載人登月和載人登火星，都需要空間站的支持。這相當(dāng)于是塊跳板。”載人飛船最怕的就是帶的東西太多。載人飛船從地球到火星要半年多，再加上在火星上工作的時間以及回來的時間，如果一個載人飛船有三個人，這三個人一年多時間的食物該如何運(yùn)送到火星？這是個難題。因?yàn)橛钪骘w船中的儀器設(shè)備重量和體積都是極其嚴(yán)格限制的。

“所以只有一個辦法，就是把要吃用的東西先多次發(fā)射到太空中間站去，然后再發(fā)射宇航員的飛船上天，讓它們在空間站匯合，再一起飛往火星。這樣需要的推力和燃料，就比從地球上直接發(fā)射上去小多了?！?/p>

火星能否成為人類家園？

地球似乎現(xiàn)在人滿為患，有一天人類會否移居太空？移居太空有各種各樣的可能性，而其中一種可能就是移居火星。

但是現(xiàn)在的火星還是一個紅火星，似乎還并不適合人類居住?！盎鹦巧厦骅F的化合物很多，有點(diǎn)像地球上的沙漠，也像鐵銹?！蹦懿荒堋盎鹦堑厍蚧?，有朝一日使火星變成一個綠火星，有河流、有植物，最后變成像地球一樣的藍(lán)火星？這看似天方夜譚，但科學(xué)家正在研究這個問題。

現(xiàn)在科學(xué)家們有不少大膽的設(shè)想。例如，借助于地球上人工的方法在火星上面實(shí)行一場溫室效應(yīng)革命，在火星上面釋放大量二氧化碳、甲烷等溫室氣體，使得火星表面溫度有所提高。溫度升高后，火星下面的巖石中、土壤中的二氧化碳和水蒸氣就會自動釋放到大氣層中間，大氣會不斷地增加，大氣的濃度也會增高，逐漸形成一個良性的循環(huán)。然后逐步培養(yǎng)各種植物，釋放氧氣。當(dāng)火星上有了廣泛的植被之后，地下就會釋放更多的水，在1000年或者更長的時間之內(nèi)，火星就可能達(dá)到充分的地球化。

“如果真的成功了，將來我們地球上的人可能就變成了兩種人，一種人繼續(xù)生活在地球上，還有一種人到火星上去生活，那時候不是火星人入侵地球，而是地球人移居火星，火星將成為人類的又一個家園?！?/p>

（本文系卞毓麟先生在杭州市科協(xié)、杭州市科技工作者服務(wù)中心、市委黨刊《杭州》雜志社聯(lián)合主辦的“杭州科學(xué)大講堂”第87講上的演講，文中觀點(diǎn)不代表本刊立場）