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马斯克的汽车隧道,最近马斯克的汽车上天了,那么大家一起来想怎么改造火星?

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好了,我知道你想去火星。我也想去。计划听起来不错。先搞定载人火箭,再实现月球基地。然后是更多的火箭,更多的人。开始在地面制造燃料,也许可以沿途储存。从前哨站到基地,再到穹顶城市,最终实现“火星地球化”(指人为改变天体表面环境,使其类似地球环境,下文简称“改造火星”)。

让死寂的火星焕发生机,利用其土壤中的成分(很可能是冰冻的二氧化碳)创造新的大气层以增加气压,依靠温室效应(怎么听起来像气候变化?)让火星变暖,使封存于地下的冰水解冻,重新奔流起来。海洋!空气!可呼吸的空气,至少你不必穿着宇航服走来走去。经过大力建设,蓬勃发展(时间是1万年左右),我们可以开启地球-火星殖民革命,使硬科幻小说里的场景成为现实。

这不是异想天开。以科学作风严谨求实著称的天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)在1971年提出了“行星工程”,也就是融化火星的极地冰,利用由此产生的水蒸气来创造“更加宜人的环境”。20年后,天体生物学家克里斯托弗·麦凯(Christopher McKay)对这一想法进行了补充,他说只要火星贮藏有足够多的二氧化碳、水和氮,经过挥发进入大气后,就可能实现火星改造。

不过,现在有两位研究火星的科学家试图戳破这个氧气循环再生、屏蔽辐射的封闭“泡沫”。如果他们的新研究是正确的,那么现有技术不可能把火星变成地球般的乐园。

这篇新论文的作者是科罗拉多大学的行星科学家布鲁斯·贾科斯基(Bruce Jakosky)和北亚利桑那大学的克里斯托弗·爱德华兹(Christopher Edwards)。贾科斯基说:“我们第一次能够在火星上建立相对纯净的二氧化碳储备。火星上的二氧化碳大部分流失到太空中,少部分存在于极地冰和浅层含碳矿物中,深层碳酸盐含有数量未知的二氧化碳。”哪怕加上“吸附”于岩石表面和贮藏于笼合物(亦称为水分子牢笼)的二氧化碳,也于事无补。“就算你把所有这些二氧化碳都放入火星大气,也不足以使这颗星球变暖,”贾科斯基说。

地球表面的气压为1巴。在火星上,你需要二氧化碳来使地面温度上升到冰点。哪怕是250毫巴也能显著改变火星气候。以前,火星曾经拥有那么多的二氧化碳,甚至更多——地质和表面形态分析强烈暗示,在遥远的过去,火星表面有过液态水的存在,这意味着火星曾经温度够高、压强够大,足以保留液态水。贾科斯基说,如果这颗星球的二氧化碳含量与地球和金星相当,那么火星上的某个地方存在相当于20巴的二氧化碳——以碳酸盐的形式矿物化、冻结在极地冰中等等。“在过去的40年里,火星科学的焦点是寻找肯定存在的碳酸盐矿床,因为二氧化碳肯定去了某个地方,”他说,“也许是在地壳里。如果那些二氧化碳来到地面,流失到火星大气层之外,那就没了。”

新的雷达探测带来了火星极地冰冠附近二氧化碳含量的新数据。火星勘测轨道飞行器收集了碳酸盐分布数据。2014年入轨的火星大气与挥发物演化(Maven)探测器量化了流失到太空中的二氧化碳(贾科斯基是该项目的首席研究员)。如果你是改造火星的拥护者,那么探测结果可能会令你大失所望。

火星极地冰冠蕴含气体能实现的气压为15毫巴。露天碳酸盐可以提供不到15毫巴。如果尽可能地加以利用,也许能增加到150毫巴。浮土吸附的二氧化碳呢?即使把100米深的所有火星土壤都进行处理,能提供的气压也只有40毫巴。“几乎不可能达到40或50毫巴以上,这样的压强不够,不足以对温度产生影响,”贾科斯基说,“即使提高两三倍,也达不到使火星显著变暖所需要的量。”

一声叹息。

或者,他可能是错的。火星改造先驱克里斯托弗·麦凯仍然心存希望。“改造火星的关键问题是火星上有多少二氧化碳、氮和水。可惜,我们现在还无法解答这个问题。”麦凯说。贾科斯基的Maven项目测量结果只说明了火星上剩下的一部分前二氧化碳,而不是全部。所以,二氧化碳可能还在那里。麦凯说:“对于火星表面之下的二氧化碳数量,我们仍然难以确定。我们没有良好的数据,需要深入钻探以获得数据。”

火星确实充满惊喜。近日,有研究显示,火星南极冰盖下可能存在液态的咸水湖。因此,贾科斯基的数据不会影响到火星改造拥护者的热情。火星协会会长、《赶往火星》作者罗伯特·祖布林(Robert Zubrin)说,贾科斯基的数据“过于悲观”。祖布林认为气压不需要达到1巴,只需要300毫巴。这相当于珠穆朗玛峰峰顶的压强。“200毫巴意味着不用穿太空服,意味着你可以在内部压强等于外部压强的地方修建穹顶建筑。”祖布林说。

祖布林和麦凯还指出,只要假设再大胆一点,人类移民火星的未来就会变得更加美好。人造温室气体(可能是用火星土壤中富含的氯制成的氯氟碳化合物,或者起效更快的“超级温室气体”)可以完成这项工作,前提是有人知道如何制造和释放这些气体,并确保它们不会破坏火星的臭氧层,以免紫外线和致命的宇宙辐射对磁层较弱的火星进行狂轰滥炸。

这引发了一个疑问:为什么要改造火星环境?“这与科学无关,我怀疑改造火星的合理性,”贾科斯基说,“找一个后备星球,以防我们或者外星人把地球给毁了,我觉得这是个拙劣的理由。保护好地球环境比改造火星环境要容易得多。”

为了探索?当然可以。为了建立永久的科研基地?完全说得通。至于城市、海洋、运河这些,就不妨再想想吧,大家都知道——这些在其他星球上没法实现。


翻译:于波

校对:李莉

编辑:颖仔

来源:Wired

造就:剧院式的线下演讲平台,发现创造力

虽然马斯克的重型猎鹰火箭上天了,离有人登陆火星又近了一步,但要说改造火星,以人类现有的科技还是不太可能的。要改造火星,主要改造三个方面:一是空气、二是温度、三是水。

一是空气。火星的大气称薄,密度只有地球的大约1%,主要是由遗留下的二氧化碳(95.3%)加上氮气(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)组成的。另外火星的南北两级有大量的干冰,如果温度提升,这些干冰会迅速升华成二氧化碳。

把火星空气改造成人类可以呼吸的气体十分困难,目前人类仅有的产生氧气的自然办法只有植物光合作用,或者耗费大量的能量,用二氧化碳来生产氧气,但不能用化石能源,否则产生的二氧化碳比转化的还多。

此外,火星大气压远低于地球,连珠穆朗玛峰顶的气压都是它几十倍,即使按地球空气配比改造了火星大气层,它也无法足够供人呼吸。

二是温度。火星的平均温度为零下55℃。由于缺少类似地球的板块运动,在火星生成到发展过程中,它无法把岩石中的二氧化碳循环到火星的的大气层,不能产生真正的的温室效应。因此,火星表面的温度比地球上的冷得多。

要提高火星的温度,以现有的技术基本不大可能,这可是要把整个火星翻一遍,通个二氧化碳温度效应把火星热起来。

三是水。人类目前探测表明,火明可能有大量的水,但基本是冰的形式存于地下,如果要利用这此水份,必须先提升地表温度,让一部分冰先解冻并形成地表水。有了足够的温度和水以后,人类才能在火星上种树。

只是,以人类目前的能力,想改造个沙漠尚且不易,更何况在遥远的火星进行改造呢?