如何讓火星變得如同地球一樣宜居？

克里斯托弗·麥克

譯/張弨

目前，有大約100萬(wàn)個(gè)微生物棲居在火星上。它們覆蓋在人類發(fā)射的火星探測(cè)著陸器和探測(cè)車的表面，并充滿其內(nèi)部。這些微生物處于休眠狀態(tài)，但隨時(shí)可以被喚醒。如果火星氣溫升高，火星的地表水開(kāi)始重新流動(dòng)，這些微生物將可以復(fù)活并進(jìn)行繁殖。以目前的技術(shù)水平，人類已經(jīng)有能力實(shí)現(xiàn)這些條件。

外星環(huán)境地球化，即將一個(gè)荒蕪的世界改造成適宜生存的地方，這一概念盛行于科幻小說(shuō)中。這個(gè)詞在1942年出版的科幻故事中被首度使用，說(shuō)的是在外星球復(fù)制地球環(huán)境。這并非人類的目標(biāo)，但是這個(gè)詞流行開(kāi)來(lái)了。20世紀(jì)90年代，金·斯坦利·羅賓遜獲獎(jiǎng)的科幻三部曲《紅火星》《綠火星》和《藍(lán)火星》，主要關(guān)注了外星環(huán)境地球化的科學(xué)性和道德倫理問(wèn)題。但是，它如今不再只是科學(xué)幻想。

火星環(huán)境地球化并非天方夜譚

在整個(gè)學(xué)術(shù)生涯中，我一直對(duì)外星環(huán)境地球化著迷。我覺(jué)得，在自然世界中，我們可以在生命現(xiàn)象中找到意義和價(jià)值，人類有能力通過(guò)使宇宙中的生命變得豐富多樣來(lái)擴(kuò)大這一價(jià)值。利用人類超凡的智慧，我們可以將生命延伸到地球之外——火星或許可以成為人類進(jìn)行這一嘗試的第一站。

在太陽(yáng)系的所有星體中，只有火星具有進(jìn)行類地球化環(huán)境改造的潛力。研究顯示，在過(guò)去，其環(huán)境是允許存在生命體的，它也應(yīng)該具有恢復(fù)曾經(jīng)輝煌的條件。現(xiàn)在主要需要解決的問(wèn)題是如何使這個(gè)星球的溫度逐漸上升。在技術(shù)層面上，人類或許可以完成這一任務(wù)。

火星具備構(gòu)建生物圈的關(guān)鍵因子：水，氮和二氧化碳。過(guò)去10年的探索證明， 其高緯度地區(qū)含有豐富的水冰，而“好奇”號(hào)探測(cè)車最近在土壤中檢測(cè)到硝酸鹽（質(zhì)量約占0.03%）。火星可能有大面積的碳酸鹽礦物層，但這種形式的二氧化碳很難釋放為氣體?；鹦黔h(huán)境地球化的成功與否取決于火星的南極帽和極地土壤：它們所含的二氧化碳釋放出來(lái)是僅僅能使大氣略微膨脹，

還是能在火星上產(chǎn)生等同于地球的大氣壓？

根據(jù)環(huán)境模擬推演，火星可以存在兩種穩(wěn)定的氣象狀態(tài)。第一種是目前正經(jīng)歷的，即有著稀薄的大氣、厚厚的極地帽以及平均-60℃的表面溫度;第二種是推演中可以穩(wěn)定存在的，即厚厚的大氣、稀薄的極地帽和15℃的溫度。如果人類能夠?qū)⒒鹦菤夂驈牡谝环N狀態(tài)推進(jìn)到第二種狀態(tài)，那么這些溫和的條件將自我維持。這就使火星環(huán)境地球化成為可能。

不僅僅是技術(shù)問(wèn)題

根據(jù)對(duì)溫室氣體導(dǎo)致的地球變暖的速度的測(cè)算，我們可以在100年內(nèi)讓火星變得溫暖宜人。最有效的辦法是生產(chǎn)超級(jí)溫室氣體，比如超氯氟烴或更好的全氟化合物，它們無(wú)毒，不干擾臭氧層的發(fā)展，并且能夠抵抗太陽(yáng)紫外線輻射對(duì)生命體的破壞。而且，“好奇”號(hào)已經(jīng)證實(shí)了火星巖石中存在氟。

一旦火星氣候變暖，火星兩極水冰融化后的液態(tài)水將開(kāi)始在地表流動(dòng)，產(chǎn)生類似地球的水文循環(huán)。光合生物將能夠茁壯成長(zhǎng)，并且它們將土壤硝酸鹽和高氯酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂脱鯕?。雖然人類仍然需要一個(gè)氧氣面罩，但那個(gè)時(shí)候或許人類即使不穿太空服，也能在火星上四處走動(dòng)。

從這個(gè)時(shí)候開(kāi)始，這個(gè)外星環(huán)境地球化項(xiàng)目將專注于如何培育氧氣。人類呼吸需要氧氣水平高于13%和二氧化碳水平低于1%。在地球上，全球生物圈使用陽(yáng)光產(chǎn)生生物量和氧氣，能量轉(zhuǎn)換效率為0.01%。0.01%的轉(zhuǎn)換率是海洋、沙漠和森林的平均值。按這個(gè)速度，火星產(chǎn)生類似地球的大氣需要10萬(wàn)年。光合作用在單位葉的內(nèi)在效率要高得多，約5%。如果這可以在整個(gè)火星上實(shí)現(xiàn)，改造時(shí)間會(huì)變成幾百年。而合成生物學(xué)能夠?qū)⑦@個(gè)時(shí)間進(jìn)一步縮短。

通常情況下，科學(xué)中的諸多決定因素可能不是技術(shù)本身，而是社會(huì)和倫理問(wèn)題。例如，如果火星本身已有自己的生命體，我們?cè)撊绾芜x擇？作為第一步，我們需要確定火星生命與地球生命之間的關(guān)系。這兩種生命可能是相同的生命形式，起源于同一個(gè)世界，并由隕石傳播到另一個(gè)世界。

如果火星生命與地球生命無(wú)關(guān)，并且明顯代表了另一種生命的起源，那么情況就棘手了。那樣，改變火星的動(dòng)機(jī)不是為地球生命創(chuàng)造一個(gè)新的棲息地，而是增強(qiáng)火星本土生命的豐富性和多樣性。我們現(xiàn)有的著陸器和探測(cè)器需要在太空中移除或消毒，為的是其攜帶的任何微生物都不會(huì)威脅到諸如行星野葛之類的本地生物。

或許，火星生命會(huì)對(duì)環(huán)境地球化的世界表示感激，因?yàn)樗謴?fù)了這個(gè)星球曾經(jīng)擁有的一切。但是，這個(gè)過(guò)程會(huì)比地球化一個(gè)無(wú)生命的世界需要更長(zhǎng)的時(shí)間，并且結(jié)果難以預(yù)測(cè)，因?yàn)楸就廖⑸锂a(chǎn)生氧氣可能比地球移植生物更慢，或者根本不會(huì)產(chǎn)生氧氣。

無(wú)論火星是否能成為地球生命的前哨或是一個(gè)行星大小的荒野避難所，改變它，讓其擁有一個(gè)豐富多樣的生物圈，將是人類最偉大的創(chuàng)造性成就之一。