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别那么乐观:人类许永远都无法殖民火星
2019-08-15 09:30:13  出处:新浪科技  作者:任天 编辑:雪花   点击可以复制本篇文章的标题和链接

很多人对以下这件事感到理所当然:人类将在不远的将来,在火星上建立起欣欣向荣的,长期存在的定居点。但是在某种程度上,这种观点可能过于乐观了,它低估了定居火星可能将要面临的挑战和困难。除非我们极大地调整我们的大脑和身体去适应火星的极端环境,否则这颗红色星球将永远不适宜我们定居。没错,我们常听科学家们说,火星是整个太阳系中和地球最相似的星球,但是这个说法其实太过于简单化了。

火星,并不友好

火星很冷,一片死寂,其大气比地球稀薄100倍,而仅存的少量大气的主要成分则几乎全部都是二氧化碳,有害的太阳辐射几乎可以直达火星表面,毫无阻拦。由于大气稀薄,火星表面的大气压强很低,大约600帕斯卡,仅相当于地球海平面标准大气压的0.6%左右。如果没有宇航服的保护,在这样低的气压环境里,你将受到严重伤害:你的肺部将炸裂,皮肤浮肿,身体组织肿胀,最终死亡。稀薄的大气同时也意味着其无法很好的留存热量。火星表面的平均温度是摄氏零下63度,最低甚至可以降到摄氏零下126度。相比之下,地球上的最低温记录是1982年6月23日在南极的苏联考察站“东方站”录得的,数值是摄氏零下89度。一旦气温降低到零下40度以下,未能良好防护的人体在5~7分钟内就会遭受严重低温伤害。

火星的质量也远小于很多人的认知。火星地表的引力大约是地球的37.5%,这就意味着在地球上体重大约180磅(大约163斤)的人,到了火星上体重将变为68磅(61斤)。可能对于很多梦想减重的人士,这听起来很不错。但长期而言,这样的低重力环境对于人体健康将产生严重的不利后果,甚至可能对人类的生殖能力产生负面影响。

但即便有这样或那样的问题,但似乎主流观点一直认为人类很快就将可以在火星上建立起殖民地。SpaceX 创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)在憧憬着2050年代在火星上建立人类殖民地的设想,英国威斯敏斯特大学天体生物学家莱维斯·达尼尔(Lewis Darnell)则给出一个相对较为保守的推算,他认为,再过50~100年,可能将有相当数量的人类,在火星上建立起某种具有自我维持能力的定居点。中东富裕的石油国家阿联酋此前已经宣布,该国希望在大约公元2117年,在火星上建立起一座拥有大约60万人口的火星城市。

遗憾的是,以上所提到的这些目前来看还仅仅都是科学幻想。当然毫无疑问的一点是,最终人类一定可以踏足火星,甚至在那里建立起一个或多个基地,但如果要说我们将会在火星上建立起可以容纳成百上千人居住的真正的定居点,那至少在目前看来,是对这样一种前景将可能面对的巨大挑战的严重低估和视而不见。

过于乐观

宇航工程学先驱路易斯·弗里德曼(Louis Friedman)是美国行星学会的联合创始人,也是《人类的太空飞行:从火星到群星》一书的作者。他将当前这种对于建设火星基地的过分乐观情绪类比成上世纪1940~1950年代的那种“缺乏基础”的盲目乐观。

他说:“当时,很多主流科学杂志,《大众机械》和《大众科学》等等,都曾经用封面文章的形式报道过建设在洋底或者南极的人类定居点。”他指出,这给人的感觉似乎是,人类将可以在这个行星上的任何一个角落生存和定居,而不论这里的环境条件有多么充满挑战或者不适宜生存。他说:“但最终,这些事情全都没有发生。我们偶尔会访问南极,我们甚至在南极大陆上设置了一些考察站,但也仅此而已。洋底的情况更加糟糕,人类在那里开展的活动非常非常有限。”可见,不论是在南极还是洋底,人类的所谓“定居点”建设都几乎是不存在的——即便南极和洋底相比火星要容易抵达得多。

在人类登月成功之后,弗里德曼和同事们一度对于未来变得极为乐观,他们当时相信人类将可以做越来越多的事情,比如在月球或火星上建设人类殖民地。但事实是,不管哪一项载人航天计划,不论是阿波罗计划,航天飞机计划还是国际空间站计划,都没能为未来殖民火星建立起必要的技术基础,比如建造必要的基础设施,寻找安全而可行的就地获取食物和水的方式,抵消长期太空飞行面临的强辐射和低重力环境对于人类的影响等等。和其他领域不同,他认为,载人航天领域的技术进步似乎“停滞”了。弗里德曼认为,我们未来将有可能在火星上建立基地,但是他认为“历史的经验”告诉我们,在可预见的将来,在火星上建设人类殖民地的前景并不乐观。

美国佛罗里大学神经科学家蕾切尔·赛德勒(Rachael Seidler)表示,很多人显然没有完全理解在火星上维持长期性殖民地的难度究竟有多大。赛德勒是机器学习,以及微重力环境对宇航员身体影响方面的专家,她表示:“人们倾向于对于殖民火星抱持乐观心态,但这更多是一种空头支票,难以兑现。”她说:“很多人抱有乐观心态,可能仅仅是认为我们不应当基于一些现实的理由限制自己,但我同意,这其中可能还有很多生理上的潜在负面后果。”

赛德勒表示,NASA和其他航天机构目前正在非常努力地开发并测试各种措施,用于应对未来在火星上生活可能会面临的各种负面影响。比如说,在国际空间站上工作的宇航员会遭遇严重的肌肉萎缩和骨质流失问题,他们就尝试通过在空间站上进行体育锻炼和力量训练来缓解这一问题。不管是在国际空间站上长期生活导致的健康问题,还是在火星的低重力环境下长期生活可能产生的影响,赛德勒认为,我们都还远远未到能够从容应对的地步。在他的新书《关于未来:人类的前景》一书中,宇宙学家,天体物理学家马丁·里斯(Martin Rees)针对人类殖民火星的前景,做了简单明了地阐释:

“到公元2100年,人类中那些喜欢冒险的人们可能已经建立起一些独立于地球的‘基地’,比如在火星上,或者在小行星上。SpaceX公司的创始人埃隆·马斯克(1971年出生)曾经表示,他想要死在火星上——只要不是因为死于撞击就行。但千万不要就此就认为从地球向外的大规模移民将很快到来。在这个问题上,我强烈不同意马斯克,以及我在剑桥大学的同事史蒂芬·霍金的那种乐观主义观点,他们认为人类将可以很快在火星上建立起大规模的人类定居点。认为火星可以提供逃避地球上存在的各种问题的想法,是一种危险的幻觉。”我们必须在地球上解决这些问题。应对气候变化听上去是一项令人生畏的任务,但相比将火星进行地球化改造,这简直就成了小儿科游戏。在整个太阳系中,你很难找到类似地球南极,或者珠峰峰顶那样“温和宜人”的环境。对于具有“避险”本能的普通人来说,目前并不存在“第二个地球”。

巨大的环境挑战

关于“地球化改造”,这背后是一个巨大的系统工程。所谓“地球化”(terraforming),是指通过规模巨大的地质工程改造,将一颗行星改造成适宜人类以及其他生命生存的环境。对于火星而言,这将意味着向其大气层中输入大量氧气和其他气体,以提升其温度和气压水平,当然还有其他很多需要干预的地方。通常,关于殖民火星,很多人会说,这代表着改造火星,进行“地球化”的第一步。这种想法在很多科幻小说中国出现,比如斯坦利·罗宾森(Kim Stanley Robinson)著名的《火星三部曲》。但弗里德曼提醒,要想进行行星尺度上的环境改造,至少需要上千年的时间。

布朗尼·霍根(Briony Horgan)是美国普渡大学行星科学助理教授,她认为对火星进行“地球化改造”完全是白日做梦,这是一项远远超出现有和可预见未来技术水平的幻想。

而谈论对火星进行地球化改造,我们还必须考虑其他因素,比如要想进行如此规模的工程,我们拥有足够的资源进行这样注定要持续几代人的巨大工程吗?在2018年发表在《自然》杂志上的一篇论文里,美国科罗拉多大学的布鲁斯·雅科斯基(Bruce Jakosky)以及克里斯托佛·爱德华兹(Christopher Edwards)曾经测算过,要想让火星的大气压恢复到人类可以在其地表生活而不需穿着专门的增压宇航服,我们将需要往火星大气层中新注入多少数量的二氧化碳气体,当然这样做也将提升火星地表温度,从而让液态水得以在火星地表存在。他们的研究结论是,火星自身储备的二氧化碳气体可能不够用,未来如果要进行“地球化”改造,那么我们将可能需要通过某种方式从外部向火星运输额外的大量气体。

这里需要澄清的一点是:并不是说行星改造完全不可能,而是说,改造火星环境所需要的时间尺度和先进技术,在可预见的将来难以达到。而直到我们未来真正做到对火星环境的改造之前,我们将不得不面对一个环境恶劣的火星。这就意味着强烈的辐射,仅这一点就将对最早抵达那里的先驱者们带来严重的健康威胁。

霍根表示,要想殖民火星,我们面临很多巨大的挑战,强辐射环境只是其中之一。她认为,这一点是很多人,包括SpaceX内部的很多人,都没有完全想清楚的一点。生活在火星的地下或者建设具有辐射屏蔽作用的基地可能可以作为一个选项,但我们仍然预期,随着在火星上生活时间的延长,癌症发病率将出现几何级数的上升。

她说:“在辐射防护方面,其实你能做的是有限的。”她指出:“我们可以定量评估比如说一年内的剂量和风险,但是对于非常长期的情况,这样的评估将很难开展。问题是,你没办法永远呆在地下或者基地防护间内,如果你要执行某些任务需要出去,你就将不得不面临风险。”

霍根提到,最近有一篇发表在《自然》杂志上的论文指出,火星表面的辐射环境远比我们原先设想的更加糟糕,并认为“我们目前并没有长期辐射防护的解决方案,因此要想长期居留火星,除非你准备好承受辐射相关疾病的风险。“取决于你暴露于辐射当中的程度不同,过量辐射可以造成皮肤灼伤,辐射病,癌症,以及各类心血管疾病。

弗里德曼原则上也认同这样的观点,即我们可以居住到火星地下,或者建造具有辐射防护功能的设施。或许辐射的问题可以解决,但他仍然认为这个问题极为艰巨,甚至在某些方面是“反人类”的。

别那么乐观:人类许永远都无法殖民火星

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