[科普中國]-火星環(huán)境地球化

引言

火星環(huán)境地球化1是人類欲將距離地球最近的火星變成更適于人類居住的地方。主要內(nèi)容就是改變火星目前的氣候和大氣，使其與地球更加相似，創(chuàng)建一個更適合人類居住的環(huán)境，這個過程就稱為地球化。此類工程的規(guī)模將無比龐大——科學(xué)家可能會改變彗星運轉(zhuǎn)軌道，令其撞擊火星以帶來海洋所需要的水澆灌水藻，提高火星大氣中的含氧量。

人類歷史上最極端的工程項目恐怕將在火星上展開。過去幾十年間，各種各樣的方案浮出水面，欲將距離地球最近的鄰居變成更適于人類居住的地方，也就是說地球化。毋庸置疑，此類工程的規(guī)模將無比龐大——科學(xué)家可能會改變彗星運轉(zhuǎn)軌道，令其撞擊火星以帶來海洋所需要的水澆灌水藻，提高火星大氣中的含氧量。其他方案還涉及將幾面巨大的鏡子安設(shè)在地球軌道，將陽光折射到火星極地冰蓋，從而釋放出液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w，啟動溫室效應(yīng)。

背景根據(jù)1964年以來從行星探測器和飛行器上傳送回來的圖片顯示，火星是一個荒涼、死氣沉沉的星球，似乎沒有什么東西可供人類生存使用?；鹦侵挥幸粚颖”〉拇髿猓覜]有任何生命存在的跡象——但是火星確實為人類種族的延續(xù)提供了一些希望。地球上有60多億人口，而且這個數(shù)字的增長毫無減弱之勢。過度擁擠的人口或可能發(fā)生的行星災(zāi)難，將迫使人類最終必須要考慮在太陽系中尋找新的家園。

近年來，美國國家航空和航天局的探測器發(fā)現(xiàn)了一些線索，這些線索表明火星曾經(jīng)比現(xiàn)在更加溫暖，過去火星上可能存在流動的水和生命。河流沖刷留下的痕跡表明火星上可能仍然存在著冰凍形式的水。許多人都認(rèn)為人類有一天可以把火星作為第二家園。

特征維持生命存在必需元素雖然金星一直被稱為地球的姐妹星，但是這顆熾熱星球的環(huán)境太不適合人類居住。另一方面，火星是距離地球第二近的行星。雖然現(xiàn)在它還是一個寒冷干燥的星球，但是它擁有維持生命存在的所有必需元素，其中包括：

水、可能以冰凍形式存在于火星的兩極冰蓋處碳和氧，以二氧化碳的形式存在 （CO2）、氮。

火星目前的大氣與數(shù)十億年前地球的大氣有著驚人的相似之處。地球最初形成時并不存在氧氣，看起來也是一片荒涼的不毛之地。大氣層完全由二氧化碳和氮構(gòu)成。直到地球上進(jìn)化出了光合細(xì)菌，才產(chǎn)生了足夠的氧氣，從而進(jìn)化出動物。同樣，現(xiàn)在火星上薄薄的大氣層幾乎完全由二氧化碳構(gòu)成。

火星大氣層構(gòu)成95.3%的二氧化碳

2.7%的氮

1.6%的氬

0.2%的氧

相比之下，地球的大氣層由78.1%的氮、20.9%的氧、0.9%的氬以及0.1%的二氧化碳和其他氣體構(gòu)成。從這份詳細(xì)對比中可以看出，現(xiàn)在所有訪問火星的人類都必須攜帶大量的氧氣和氮氣以維持生命。

溫度火星的平均表面溫度低達(dá)-62.77℃，最高溫度為-23.88℃，最低溫度低于-73.33℃。相比之下，地球的平均表面溫度為14.4℃左右。

相似特征不過，火星有幾個與地球非常相似的特征使人們考慮將其作為居住地，其中包括：

自轉(zhuǎn)速率為24小時37分鐘（地球：23小時56分鐘）。

自轉(zhuǎn)軸傾斜度為24度（地球為23.5度）。

引力是地球引力的三分之一。

與太陽的距離足夠近，因此有季節(jié)之分。

火星距太陽的距離比地球距太陽的距離遠(yuǎn)50%左右。

總體方案火星環(huán)境地球化工程的規(guī)模將無比龐大——科學(xué)家可能會改變彗星運轉(zhuǎn)軌道，令其撞擊火星以帶來海洋所需要的水澆灌水藻，提高火星大氣中的含氧量。其他方案還涉及將幾面巨大的鏡子安設(shè)在地球軌道，將陽光折射到火星極地冰蓋，從而釋放出液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w，啟動溫室效應(yīng)。

早期地球與現(xiàn)代火星在大氣層上的相似性使得一些科學(xué)家做出推斷，地球大氣層從幾乎全部是二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┖粑目諝膺@一過程可以在火星上得到重復(fù)。要想達(dá)到這一目的，需要使火星大氣層增厚并營造溫室效應(yīng)以升高行星的溫度，從而提供一個適宜動植物生存的環(huán)境。

如果全部完成的話，火星的地球化改造將是一項非常龐大的事業(yè)。火星環(huán)境地球化的初級階段需要幾十年甚至上百年。將整個星球改造為類似于地球的居住地可能需要數(shù)千年的時間。有些人甚至認(rèn)為這樣一項工程將持續(xù)數(shù)百萬年。

措施方法人們已經(jīng)提出了以下三種地球化的方法：

反射太陽光使火星表面升溫美國宇航局目前正致力于開發(fā)一種太陽帆推進(jìn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過巨大的反光鏡來利用太陽輻射，從而推動太空船在太空中的航行。這些巨大反光鏡的另外一個用途就是：將它們放置在距火星32萬公里處，利用這些鏡子反射太陽輻射從而提高火星的表面溫度?？茖W(xué)家提議制造直徑為250千米、覆蓋面積超過密歇根湖的聚酯薄膜反光鏡。這些巨大反光鏡的重量將達(dá)200,000噸，這意味著它們體形太大而無法從地球發(fā)射。不過，人們有可能可以利用在太空中找到的材料來建造這些反光鏡。

如果把這樣大小的鏡子對準(zhǔn)火星，它可以把小范圍內(nèi)的表面溫度提高幾攝氏度。想法是這樣的：通過反光鏡將陽光集中反射到火星兩極的冰蓋上，使那里的冰融化，釋放出人們認(rèn)為儲存在冰內(nèi)的二氧化碳。多年之后，氣溫上升將導(dǎo)致氯氟烴（即CFC，一種空調(diào)或冰箱中存在的溫室氣體）等溫室氣體的釋放。

生產(chǎn)溫室氣體留住太陽輻射另一種增厚火星大氣層從而提高星球溫度的方法是：建立以太陽能為動力的溫室氣體生產(chǎn)廠。在過去的一個世紀(jì)里，人類已經(jīng)積累了許多制造溫室氣體的經(jīng)驗。我們已經(jīng)無意識地向自己的大氣層中排放了大量溫室氣體，一些人認(rèn)為這些溫室氣體增加了地球的溫度。通過建立幾百個這樣的工廠，可以在火星上重現(xiàn)與地球上相同的加熱效應(yīng)。這些工廠的唯一目的就是向大氣層中釋放氯氟烴、甲烷、二氧化碳和其他溫室氣體。

這些溫室氣體制造廠或者被運送到火星上，或者直接利用火星上現(xiàn)有的原材料制造出來，這將需要幾年的時間。為了把這些機(jī)器運輸?shù)交鹦巧?，它們必須輕便高效。這些溫室機(jī)器會模擬大自然中植物的光合作用，吸入二氧化碳，并排放出氧氣。這需要很多年。但是火星大氣層的含氧量會緩慢增加，直到火星上的移民者只需要一個呼吸輔助器，而不再需要宇航員所穿的增壓服。還可以利用光合細(xì)菌來代替或協(xié)助這些溫室機(jī)器。

小行星撞擊火星來增加溫室氣體的含量太空科學(xué)家克里斯托弗·麥凱和羅伯特·組布林（移民火星一書的作者）還提出了一個更加極端的方法來提高火星溫度。他們認(rèn)為，用含有氨的巨大冰凍小行星猛烈撞擊這顆紅色星球，將會產(chǎn)生大量的溫室氣體和水。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在外太陽系的小行星上以某種方式安裝熱核火箭發(fā)動機(jī)?；鸺龑⑼苿有⌒行且源蠹s4千米/秒的速度運行，大約10年之后，火箭將停止運行，100億噸重的小行星可以在無動力的條件下向著火星滑行。撞擊時將產(chǎn)生大約1億3千萬兆瓦的能量。這些能量足夠地球使用十年。

如果有可能控制一顆如此巨大的小行星撞擊火星，那么一次碰撞產(chǎn)生的能量可以使火星的溫度上升3攝氏度。溫度的突然升高將造成大約一萬億噸的水融化，這些水足夠形成一個深1米、覆蓋面積超過康涅狄格州的湖泊。50年內(nèi)通過幾次這樣的碰撞，將會創(chuàng)造出溫和的氣候，還可以制造出足以覆蓋星球表面25%的水。然而，每次小行星轟擊所釋放的能量相當(dāng)于70,000兆噸當(dāng)量的氫彈，這將使人類在該星球上安家落戶的時間推遲幾百年。

科研進(jìn)展人們也考慮過對其他星球進(jìn)行地球化改造，其中包括金星、木衛(wèi)二（木星的一顆衛(wèi)星）和土衛(wèi)六（土星的一顆衛(wèi)星）。不過，木衛(wèi)二和土衛(wèi)六與太陽的距離太遠(yuǎn)，而金星與太陽的距離又太近（金星的平均溫度為482.22℃左右）。如此，只有火星是太陽系中除地球之外唯一可能提供生命支持的星球。

前景預(yù)測雖然人類有方法在本世紀(jì)內(nèi)就可以到達(dá)火星，但是火星環(huán)境地球化這一想法的完全實現(xiàn)卻需要幾千年的時間。地球用了幾十億年的時間才變成了一個生機(jī)蓬勃的星球。將火星環(huán)境改造成像地球一樣并不是一項簡單的工程。人類需要付出幾個世紀(jì)的智慧與勞動，才能建立一個適合居住的環(huán)境，并將生命送往寒冷干燥的火星世界。