只怪当初瞎了眼,中国第一份火星移民计划:未来100年,我们能到哪里?|头条

时间:2016-11-17 04:07:30 公众号:科普中国

歆洛瑶,(专家:郑永春,行星科学家、科普作家、中国科学院国家天文台副研究员。香江学者联谊会理事长、中国科学院,只怪当初瞎了眼,柚木rio在线观看,


(专家:郑永春,行星科学家、科普作家、中国科学院国家天文台副研究员。香江学者联谊会理事长、中国科学院青年创新促进会理事兼宣传外联组组长。香江学者计划首批入选者,中国科学院青年创新促进会首批会员)


“不久的将来,我们能移民吗?”“如果移民,我们又该移到哪儿?”“未来,还会有比地球更适合我们的星球吗?”这些问题,相信大家都想知道答案。是的,深空是个永无止境,需要穷其一生不断追求的领域,未来一百年里,我们将走向哪里?最重要的是,我们又该如何走向哪里?




为什么要走向深空?

小行星撞击地球的事件,发生在2013年,这次小行星撞击导致了1500人受伤,7200栋房屋受损,所以是一次非常小规模的小行星撞击事件。其实这颗小行星后来经过研究,发现它在进入地球大气层之前,其实并不是很大的,它只是一个直径18米大小的一个小行星,也就是相当于一辆公共汽车的长短。但是这颗小行星在进入地球大气层之前,它跟地球之间的相对速度达到几万千米。如果相对地球速度几万千米的一颗小行星砸在地球上面,它引起的灾害就会相当严重。那么,如果是一个千米直径的小行星撞击地球的话,它的威力相当于几百颗原子弹同时爆炸,完全可以摧毁一座大城市,会带来难以预料的大规模自然灾难。


如果看过各大行星的图片,就会被上面密密麻麻、一个一个的圆坑所吸引,这些圆坑就是撞击坑。在太阳系里的月球、水星、爱神星、木卫二、木卫三、土卫九、土卫三等,太阳系的各大天体上都有很多这样的撞击坑。而就在我们的近邻上,月球上直径大于1千米的撞击坑就有三万三千个,地球在月球的附近,它一定难逃厄运。


地球上的撞击坑大部分分布在北美、欧洲、澳大利亚这些地区,也就是说经济越发达的地方小行星就撞得越多。为什么?小行星喜欢撞它们吗?小行星为什么不撞中国呢?其实,中国也有一个撞击坑,在东北辽宁省的岫岩县,叫岫岩撞击坑。那为什么其它地方没有呢?其实,国内研究撞击坑的人就很少,会认为研究这样的撞击事件离我们太遥远了,没有什么用,但真的是这样吗?


全世界十大著名的撞击坑,它们大多分布在戈壁、荒漠等人迹罕迹的地方。其中,位于墨西哥湾的尤卡坦半岛的撞击坑,发生在6500万年前的白垩纪晚期,在海底下。这次撞击引发了大规模的灰尘进入地球的大气层,然后穿过对流层进入平流层,整个地球被漫天灰尘所覆盖。太阳辐射没法进入地球的表面,整个地球快速的降温,南北极冰盖扩大,全球海洋结冰,整个地球被冰冻起来,大规模物种灭绝。根据统计,95%以上的物种在这次撞击事件中被灭绝了,留下来的叫活化石,银杏是活化石,鳄鱼是活化石,水杉是活化石,这样的活化石很少很少。所以,曾经独霸地球的恐龙,现在一只都没有了,我们只能在古生物化石中看到恐龙蛋、恐龙的脚印、恐龙的粪便、恐龙的骨骼。


我们知道,大象身上的蚂蚁,以为大象就是世界的全部。池塘中的瓢虫,以为池塘就是大海。人类希望比恐龙更加聪明一点,我们的脑容量比恐龙更大,要未雨绸缪,来应对可能面临的危机。如果不做这样的预判,不做这样的预先研究,我们就会像恐龙一样,一定会从地球上灭绝。


人类除了面临小行星撞击这样的事件之外,其实还面临很多的天文灾难,包括超级火山爆发、超级地震、超级海啸、地球磁场倒转和超级太阳爆发。人类在这样一些超级自然灾难面前,其实毫无抵抗能力。除了这些之外,甚至还有外星人来攻击,所以就像《三体》小说中写到的,当外星人来攻击时:“不要回答,不要回答,不要回答。”


刚刚不久前,中国科学院国家天文台在贵州喀斯特洼地中建设了世界上最大的射电望远镜,500米口径射电望远镜——FAST,刚刚完成了建设。我们将要接收来自外星的信号,或许其中也会夹杂着外星文明对我们的问候。

 

未来一百年,我们将走向哪里?

我们的母星地球,离地球最近的卫星月球,离地球只有38万千米,光速一秒钟就过了,而太阳光从太阳到地球需要8分钟。人类去月球最多去了110多次,其次是火星和金星,往里是金星,往外是火星,各去了四五十次左右。再更远一点的是木星和土星,大概都去了不到十次。更远一点的两颗行星,天王星和海王星,迄今为止只有旅行者2号去过,还没有别的航天器去过。所以,在这么多的天体中,人类已经进行了230多次的太阳系探测任务,这230多次的太阳系探测任务中,中国人搞过几次探测呢?其实,中国人只探测了三次,嫦娥1号,嫦娥2号,嫦娥3号,都是月球探测,都是对地球的卫星探测。


那么,太阳系这么多天体中,哪个才是可以去的呢?


首先,是离地球最近的卫星月球。月球虽然离我们最近,但月球是个真空的世界。月球上没有任何形式的水,它的水只分布在南北极的永久阴影区中。月球上荒芜人烟,没有空气,也没有磁场。所以,月球虽然离我们很近,但并不适合大规模移居。


其次,是离地球最近的行星金星。金星位于地球的内侧,它离太阳非常近。金星的名字叫维纳斯,美丽之神。但是,这个美女实际上脾气非常的狂暴,她上面的大气压是地球大气压的90倍,她上面的高温可以达到400摄氏度,任何一个人上去,肯定变成了烤肉,而且还烤糊了。而且,金星上下着浓硫酸的雨,到处是火山喷发、烟雾弥漫。所以,金星实际上是个地狱一般的世界。


第三,木星和土星怎么样?这两个星球都是气液态的星球。它非常大,木星的大小是地球的1300倍,我们没有办法登陆到它们上面去,只能飘在这上头。或许,它们的卫星上,木卫二、土卫六,这两颗可能有生命的星球我们或许可以去。


第四,更遥远的天王星和海王星怎么样呢?这两颗行星都远离我们,非常寒冷,太阳光照到那边,也要好几个小时才能到那里。所以,太阳光到那边已经是强弩之末,所以,我们也不能去。


那么,我们还能去哪里呢?太阳系这么多的星球,包括八大行星,包括五颗矮行星,一共有十三颗天体,这十三颗天体还有165颗卫星。这165颗卫星中,只有6颗有大气层。没有大气的星球,人类没法生活。还有无数的小行星和彗星,那完全是一个岩石质的球而已,这么多的星球,哪里才是我们的家园呢?


也有人说,那我们可以用时间隧道、时空穿越、高维空间、虫洞。你相信有这些工具吗?你见到过吗?没有。


其实,根据火星探测任务,可以发现,火星离地球最近时是5570万千米千米,而远的时候是4亿千米。地球绕太阳一圈,叫公转一周,是365天,是一年。火星绕太阳一圈是687天,是火星上的一年,火星在地球的外围,会转得更慢一点,转一年要更长的时间。火星的直径是地球的一半,火星的重量是地球的十一分之一,火星上的引力是地球上的1/3,所以火星失重还不是太严重,不会飘在天上,你还仍然脚踏实地。


火星上的温度稍微冷了点,零下的55摄氏度,这是平均气温。火星上大气压非常低,所以昼夜温差非常大,晚上最冷时可以达到零下100摄氏度,但是,在火星赤道地区正午夏天时,温度可以达到20摄氏度,是一个非常舒适的温度。而且火星上已经发现了蒸汽、冰等形式存在的各种各样的水。火星上最高的风速可以达到114千米/小时。


我们知道,地球是歪着转的,我们买来的地球仪都是斜着放的,地球的自转轴跟太阳系的黄道面之间存在23.5度的夹角,火星跟地球一样也是斜着转的,夹角是25.2度。因为自转轴的夹角,所以火星跟地球一样,也有一年四季,也有春夏秋冬。


根据前面的判断和了解,我们可以发现,火星是整个太阳系中跟地球最为相似的行星,也是唯一一颗经过改造,有可能实现大规模移民的星球,没有第二个这样的星球。


如果从地球出发去火星,需要约六个月的时间,180天,而且去火星从来就不是想去就能去的旅行。因为火星和地球都是运动的天体,只有当火星、地球、太阳连成一条直线时,这个时候叫火星冲,也是发射火星探测器最好的时机,这样的时机每隔780天才有一次机会,也就是每隔两年零两个月才有一次火星发射的窗口。火星航天器不是什么时候都有的,每两年零两个月才有一次这样的机会。如果要载人去火星,还要算上从火星回来的路程。所以一趟完整的旅程,从地球出发,从火星回来,就需要910天,大概三年左右的时间,我们才能去火星。


我们去往火星,或许是我们必须如此。因为我们人类在地球上99%的时间里,我们都是浪子。六万年前,我们从非洲丛林走出来,从非洲大陆扩散到欧亚大陆。五百年前,人类进入了大航海时代,我们跨越大西洋,跨越太平洋,跨越印度洋,我们发现了这些大洋中的小岛,发现了新大陆——美洲大陆。而今天,我们将从地球出发,去往别的星球,所以,人类终其一生都是个浪子,我们都是流浪者,我们一直都在寻找。

 

那么,我们怎么才能去火星?

在视频中大家可以看到,当火星探测器飞到火星上空130千米高度时,它的飞行速度达到了21000千米/小时,要在短短7分钟时间中穿过火星大气,让时速降为0,这段时间被称之为“黑色7分钟”。绝大部分火星探测任务都是在这段时间失败的,因为这段时间我们完全没法控制它。火星上的信号传到地球需要21分钟,当信号发过去时,它早就摔坏了,这就是火星探测的难度所在。


世界各国现在开展的火星探测计划都是不载人的,是无人的火星探测计划。刚刚中国第一个航天日前夕,也就是今年4月24日前夕,国家航天局宣布了中国第一次火星探测计划,中国将在2020年发射火星探测器。这个火星探测器包括三部分,一个是环绕火星的轨道器,一个是着陆到火星表面的着陆器,还要从着陆器开出一辆车来,火星车在火星上漫游。所以是“绕、落、巡”三位一体,在一次任务中完成,技术上非常艰难。不仅是中国,同样是在2020年这个火星发射窗口,美国将发射火星2020号,印度将发射“曼加里安2号”,阿联酋希望发射“希望号”,俄罗斯和俄空局联合希望发射“火星生命2020号”,中国也要在这一年发射火星探测器。所以,2020年是世界各国多个火星探测器在火星上同场竞技,这将是对我们航天技术的一个重大考验。


第一,在火星上吃什么呢?其实你想尝一下火星土种的土豆,也不是那么困难,在地球上就可以模拟在火星上种土豆。地球土壤跟火星土壤究竟有什么不一样呢?有些营养元素的含量,甚至火星土壤比地球土壤含量要更高,磷的元素含量是地球土壤的5倍,那是不是火星土壤更适合作物的生长呢?火星土壤中含有一种黏土矿物叫蒙脱石,容易吸水。而且火星土壤松散多孔,可能也比较适合作物的生长。


第二,火星上到底该喝什么呢?根据统计,整个火星表面可以覆盖厚达100米的水。火星上有辽阔的海洋,有曾经星罗棋布的湖泊,有涓涓的溪流,有奔腾的江河,有洪水泛滥形成的冲积扇和三角洲。但是,现在火星上还没找到可用的水源,所以第一件事情就是在火星上找水。


凤凰号是一个着陆器,它着陆在火星上面之后,我们观察到它的着陆腿在不同的时间,着陆腿上出现的露珠的地方和位置都是不一样的,含量也不一样。这就说明,火星的大气中就含有水。不仅大气中有水,凤凰号还在火星上挖了一条沟,这条沟的阴影部分,可以看到一些白色的颗粒。但是,四天之后,这些颗粒就消失了,就跟地球上用霜冻挥发之后也是汽化了,找不到了。它还挖了一勺土加热,加热之后发现土壤中的含水量是5%,就跟我们门口的操场上晒了一星期之后的土壤含水量是一样的。所以,火星土壤含有大量的水。


所以,在火星上可以有三种取水方式,第一个是土壤中的水,一加热就可以。还有一个,火星地下含有水,甚至有些地方可能还比较温暖,就跟地球上有温泉一样,那我们可以打井来取水。第三种方式,如果这前两种都不合适,甚至火星空气中含有水,就可以用工业除湿机来抽取这个水,一天就可以抽一大桶。当然不管怎么样,火星上的水总是非常宝贵的,我们一定要节约使用。


第三,在火星上呼吸什么?当然是氧气。其实,地球上的空气中也不全是氧气,空气中70%多是氮气,20%多是氧气,还有百分之几是其它的气体,这才是人类呼吸的气体。而火星的大气,95%是二氧化碳,2%是氩气,2%是氮气,氧气的含量不到0.2%。如果在火星上生活,我们大部分时间生活在密闭的生活舱里,生活舱里跟外面的环境是一样的,我就可以穿着T恤,穿着牛仔裤在这里自由地走动。但是,一旦你离开这个密闭生活舱,就必须穿上全套的生命保障设备和生命体征的监测设备,特别是氧气。根据计算,人如果要去火星的话,其中1/3以上的重量是用来运送氧气的,没有氧气我们真的活不了。


那么,在火星上怎么样才能制氧气呢?刚才说火星上如果能找到水,其实氧气问题就不大。就跟我们初中化学学过的那样,最简单的一个方程式,水(H2O)电解生成氢气和氧气。氢气可以作为航天器的燃料,氧气可以供我们呼吸,简洁方便。如果没有水怎么办?我们还可以用另外一种方法,就是火星的大气中有很多的二氧化碳。二氧化碳用一个简单的分解公式,就可以分解成一氧化碳和氧气。所以,在火星上要有一个小型化工厂来生产氧气。甚至还有人提出来,我们可以像树叶一样,研制人造树叶。人造树叶就可以吸收水,在太阳光的作用下吸收二氧化碳,排出氧气,可以为我们提供火星生存所需的氧气。


第四,在火星上住在哪里呢?当然,我们需要一个小型的核反应堆来提供电力,需要一个维修保障车间,需要带有餐厅、厕所和卧室的居住舱,还需要有一个种植食物的生态农场,需要有一个健身、娱乐和医疗的设施,需要有往返地球的发射基地和着陆场,还需要有一个氧气生产的化工厂。这个居住舱可能是这个样子的——一个充气式的太空舱。发射之前可以折叠起来,到了火星上可以充气,然后展开,这样的充气式太空舱不仅可以左右连接,也可以上下连接,通过气管连接在一起,上下连接时我们可以在火星上很快就有一个小独栋别墅,这就是我们在火星上的别墅。


关于火星移民,一直有两种方案备受争议。第一种方案是豪华版,即火星上什么都没有,在火星上生存的所有的东西,都需要从地球上运过去,每一颗螺丝钉,每一毫升的氧气,每一毫升的水,还有食物,还有生命保障的设施,还有你的居住场所。所以,这个火星探测计划就变得无限庞大,耗资非常大,周期非常长,变得没法实施。但是,还有一种方案是简易版,就是“火星疯子”祖布林提出来的,他说用狗拉雪橇式的方式就可以去火星。把移民送到火星上之后,让他们在火星上像《荒野求生》一样,在火星上就位利用资源,然后生存下去,我们的祖先在新大陆上也是这么生存下去的。


可能在未来二十年左右,可以看到人类将首次登陆火星。未来一百年,我们将在火星上建设一个中等规模的火星城市。未来一千年,我们将把火星改造成适宜人类居住的星球,就是火星地球化。


火星地球化。改造火星的第一步,就是要在火星上创造温室效应,让火星温暖起来,让它从寒冷的星球变成一个温暖的星球。那我们就要把火星南北极的二氧化碳干冰释放出来。马斯克在一个电视访谈节目中说,可以让火星的南北极,弄两颗原子弹,然后可以把二氧化碳干冰释放出来,就会进入火星的大气层,创造温室效应。但是这样的话,整个火星也被污染了,我们也没法再去了。当然,有一种环保一点的方式,可以从太空中牵一颗小行星,让它砸到南北极去,也可以释放出来二氧化碳,也可以创造温室效应。但是,就跟我们刚才说的恐龙灭绝事件一样,小行星撞击火星之后,可能会导致漫天的尘埃覆盖火星的大气层,然后让火星也继续更加的冷。所以,在火星上改造的这些计划一定要谨慎。


也有人说,我们可以在火星架一个巨大的镜子,用这个镜子汇聚太阳光,用它加热南北极的冰盖,让它释放出二氧化碳。然后,创造出温室效应,火星会变得越来越温暖,地下水会慢慢涌出,火星上重新拥有江、河、湖泊、小溪、海洋,还会有风、霜、雨、雪,春、夏、秋、冬,火星会变得更好。


甚至还有人说,我们可以在火星上放很多很多的微生物,用这些细菌来分解火星地下的有机质,释放出二氧化碳,也可以创造温室效应。但是,任何一个在火星改造上的技术步骤,必须非常地谨慎,因为这样的步骤一旦启动,就不可逆转。所以,如果没有研究谨慎的话,我们的后代会埋怨我们,很不理智地启动了这样的步骤,使得火星更加不可移居。


当然,我们改造火星,让它地球化,实现大规模的移居,可能需要更长的时间。但这样的步子一定要早点迈出,不能再等。

 

编辑:纪阿黎

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