你曾夢(mèng)想過(guò)在地球以外的地方居住嗎？美國宇航局NASA宣布重大發(fā)現：火星上發(fā)現液態(tài)水，你們還等什么，趕緊移民火星吧，不過(guò)，想要移民火星，首先得改變火星的氣候環(huán)境。
在和平年代，人類(lèi)的這份雄心壯志早已蓄勢待發(fā)。將這一想法付諸實(shí)現，其實(shí)有很多新奇的方式。就像科學(xué)研究、探險活動(dòng)、知名建筑物的構建等傳統動(dòng)機一樣，在太空開(kāi)發(fā)活動(dòng)的背后，有越來(lái)越多的商業(yè)驅動(dòng)力。當然，如果將地球隨時(shí)面臨的各種毀滅性災變作為考慮的出發(fā)點(diǎn)，太空探索、星際移民、在宇宙中找到適宜人類(lèi)居住生活的另一個(gè)家園，也的確應該納入到討論和研究的范疇中來(lái)。
移民火星
科幻與科學(xué)有差別
根據目前的技術(shù)水平，“繞地軌道”這樣的太空旅游已經(jīng)可以實(shí)現了。數十年內，“從太空尋找到資源”或許能夠撐起永續的經(jīng)濟成長(cháng)，而且將可以解決其他諸如“環(huán)境壓力”這類(lèi)難題。就發(fā)電產(chǎn)生的廢熱和污染來(lái)說(shuō)，太空發(fā)電設備相較之下都會(huì )是一個(gè)更優(yōu)的選擇。
小行星礦場(chǎng)和軌道發(fā)電廠(chǎng)的產(chǎn)生，將使采礦人員和相關(guān)的工程師長(cháng)時(shí)間的背井離鄉、在宇宙中某個(gè)寂寞的星球上生活——這也就是“太空移民”。但我們要怎么達到這個(gè)目標呢？阿波羅任務(wù)的宇航員在登陸月球的任務(wù)期間，都時(shí)時(shí)帶著(zhù)他們所需的食物、空氣、水，也因此只能停留3天時(shí)間內。在繞地軌道的空間站里，人類(lèi)已經(jīng)可以工作、生活1年以上。不過(guò)，就算國際空間站有些地方落實(shí)了回收再利用，基本上所有空間站仍必須依賴(lài)于定期從人類(lèi)居住地送來(lái)的食物和其他補給品。無(wú)論基于宇宙探索的遠大理想，或是因為毀滅性的浩劫令人類(lèi)不得不放棄地球駕馭，一旦我們真的打算長(cháng)期在地球之外居住和工作，不管怎樣，都得學(xué)會(huì )離開(kāi)陸地生活，但是首先必須建立一座基地。
地球化是指“把其他地方變成地球的移民地”，而說(shuō)到地球的移民地，我們通常會(huì )聯(lián)想到火星，改造火星計劃是一項規模宏大的工程，這是現在的科學(xué)家已經(jīng)在研究的事情。
為什么要改造火星氣候環(huán)境？
火星改造是一項世紀大工程，甚至是一項空前絕后的大工程，為這項世紀工程所要投入的人力、物力和財力無(wú)法估量，為完成這項工程所需要的時(shí)間不是十幾年或幾十年，而是幾百年或上千年。人類(lèi)為什么要花費如此高昂的代價(jià)來(lái)實(shí)施這項工程呢？
因為地球上的人口越來(lái)越多，資源越來(lái)越少，環(huán)境越來(lái)越壞，生活質(zhì)量越來(lái)越下降，因此應該尋找出路，將地球上過(guò)多的人輸出到其他星球上去，而在太陽(yáng)系中，唯一能夠接收地球上過(guò)多人口的就是火星。在幾十億年前，火星還是一顆到處都布滿(mǎn)水的行星，那時(shí)候的環(huán)境跟地球一樣，這種環(huán)境完全適合生命的存在。因此，人類(lèi)改造火星的目的就是要恢復火星過(guò)去的環(huán)境，還原其本來(lái)“面目”。人類(lèi)對火星的改造是由人的本性決定的，因為人總是不斷進(jìn)取，不斷擴大自己的生存空間，不斷改造周?chē)h(huán)境，使之滿(mǎn)足自己的需要。因此，改造火星環(huán)境不僅是人類(lèi)歷史發(fā)展的必然，而且是人類(lèi)本性的集中體現。
如何改造火星環(huán)境？
科學(xué)家建議，對火星的環(huán)境改造分為兩步走：第一步是形成生態(tài)系統，第二步是形成地球環(huán)境。所謂形成生態(tài)系統，就是在火星的表面形成一個(gè)有氧的生物圈。這要求火星不僅具備充足的液態(tài)水，還要使火星表面的紫外線(xiàn)大大減少，并且逐漸增加氧和氮的含量。上述條件相互相互作用，相互影響，可以為改造火星環(huán)境創(chuàng )造有利條件，在某種程度上形成一種正反饋。例如，當大氣的密度和厚度增加時(shí)，它即可以減少紫外線(xiàn)輻射，又可以產(chǎn)生溫室效應，提高火星表面的溫度；當火星表面的溫度提高時(shí)，可以融化北極的水冰，甚至融化永凍土中的冰，因而可以部分解決液態(tài)水的需求問(wèn)題。
火星環(huán)境改造工程首先從提高其表面溫度開(kāi)始。辦法有兩種：直接加溫法和間接加溫法。所謂直接加溫法，就是使用物理學(xué)的辦法在火星的局部加溫，具體方法有太陽(yáng)反射鏡、小行星撞擊和在火星上進(jìn)行核爆炸。間接加溫法包括減少火星極冠的反射率，讓極冠吸收較多的太陽(yáng)光，從而達到提高溫度的目的。
形成生態(tài)系統階段結束后將進(jìn)入形成地球環(huán)境階段。形成地球環(huán)境階段的最終目標是在火星上形成一個(gè)與地球完全相似的生物圈，能夠適合人類(lèi)居住。這個(gè)階段的第一步是在火星的某些條件稍好的地方引進(jìn)地球上的微生物。首批引進(jìn)的微生物必須是所謂的光能自養生物。它的特點(diǎn)是利用太陽(yáng)光作為能源，在代謝過(guò)程中不需要復雜的有機物。為了保障從地球上引進(jìn)的生物能夠在火星上存活，并適應火星上的惡劣環(huán)境，必須用轉基因技術(shù)培育出新的品種。因為目前還沒(méi)有一種微生物能夠適應火星環(huán)境。
在火星上引進(jìn)地球微生物后，可以改變火星大氣的成分，特別是增加氮的含量。要想使火星環(huán)境適合人類(lèi)居住，首先是要有氧，因此在成功引進(jìn)微生物后，就應該在火星上種植植物。植物可以將火星大氣中的二氧化碳轉變成氧。首批在火星上生長(cháng)的植物可能也是采用轉基因技術(shù)的產(chǎn)物。因為一般植物不可能在富有二氧化碳和差不多完全缺氧的環(huán)境中生長(cháng)發(fā)育。另外，這種植物要么自我授粉，要么由風(fēng)授粉，不能由昆蟲(chóng)授粉，因為在這種環(huán)境下還沒(méi)有昆蟲(chóng)。不過(guò)雖然種植植物可以制造出富含氧氣的大氣層，但這種方法可能得花上好幾千年。氮氣和其他的生活基本要素可能必須從彗星或結冰的衛星輸入。
在火星上引進(jìn)了微生物和植物后，還要引進(jìn)動(dòng)物。一旦火星上有了較多的氧氣，并且溫度和濕度都比較適宜時(shí)，要大量種植植物和繁殖動(dòng)物。不僅數量要多，而且品種也要多，要使火星上的生物跟地球上的一樣具有多樣性。生物多樣性對于保障火星生物圈的穩定極為重要。
只有當人類(lèi)大量移民到火星以后，火星上的生物圈才能迅速發(fā)展成跟地球的一樣。隨著(zhù)火星環(huán)境的不斷改造，會(huì )有越來(lái)越多的人來(lái)到火星，但主要是從事臨時(shí)性的工作，而不是定居。只有當大量移民在火星上定居時(shí)，人類(lèi)的生產(chǎn)和生活將加速火星環(huán)境的改造，從而使火星真正成為人類(lèi)的第二故鄉。
從具體方案上看，這一改造火星環(huán)境的千年計劃將會(huì )在起始年時(shí)圍繞一系列、為期18個(gè)月的調查任務(wù)展開(kāi)。每位初到火星的成員將會(huì )體驗6個(gè)月，往返于地球與火星間的旅程，一些小型試驗站也會(huì )建立起來(lái)，不僅制造超級溫室氣體的工廠(chǎng)，還要使軌道上的反射鏡面瞄準火星冰原，以釋放更多的溫室氣體。人工制成的溫室氣體將會(huì )使凍土和極低冰川融化。工廠(chǎng)制造出溫室氣體，來(lái)自太空的軌道反射鏡面匯聚陽(yáng)光，投射在冰原上，以加速融化速度。這樣經(jīng)過(guò)100年后，雨水將會(huì )在足夠的二氧化碳被釋放出后到來(lái)。溫室氣體讓這顆冰冷的星球逐漸蘇醒，微生物、藻類(lèi)和地衣等開(kāi)始在荒漠中顯現。600年后，開(kāi)花類(lèi)作物在此后出現，有機土壤的面積擴大，逐漸有氧氣被釋放到空氣中，針葉林甚至是季雨林開(kāi)始生根并不斷壯大。
科學(xué)家估計，如果生態(tài)系統形成階段需要一個(gè)世紀的時(shí)間，部分地球環(huán)境形成可能需要幾個(gè)世紀的時(shí)間，而火星上的地球化環(huán)境要完全形成，可能需要更長(cháng)的時(shí)間。因此，如果對火星環(huán)境進(jìn)行整體改造，使其環(huán)境跟現在的地球完全一樣，前后大約需要1000年。這的確是一段不短的時(shí)間?？墒窃诘厍蛐纬傻脑缙?，僅從無(wú)氧環(huán)境通過(guò)光合作用變成有氧環(huán)境，就花費了10萬(wàn)年。而人類(lèi)僅用1000年就將火星環(huán)境改造成跟地球的一樣，相比之下這段時(shí)間不算太長(cháng)。
有快速改造火星環(huán)境的方法嗎？
不管怎么說(shuō)，用幾個(gè)世紀甚至1000年的時(shí)間對火星環(huán)境進(jìn)行改造，不僅速度太慢，而且時(shí)間也太長(cháng)。于是人們開(kāi)始思考“有沒(méi)有改造速度更快、花費時(shí)間更短的辦法呢？”科學(xué)家設想，將一些直徑為250千米巨大反光鏡放置在距離火星32萬(wàn)千米處，利用這些鏡子反射太陽(yáng)輻射從而提高火星的表面溫度。但是這些巨大的反光鏡重達20萬(wàn)噸，龐大的體形根本無(wú)法從地球發(fā)射。不過(guò)，人們有可能利用在太空中找到的材料來(lái)建造這些反光鏡。
如果把這樣大小的鏡子對準火星，可以把小范圍內的表面溫度提高幾攝氏度。想法是這樣的：通過(guò)反光鏡將陽(yáng)光集中發(fā)射到火星兩極的冰蓋上，使那里的冰融化，釋放出人們認為儲存在冰內二氧化碳。多年之后，氣溫上升將導致氯氟烴等溫室氣體的釋放。此外，還可以利用溫室氣體生產(chǎn)廠(chǎng)來(lái)留住太陽(yáng)輻射，更大膽的建議是利用含有大量氨的小行星撞擊火星來(lái)增加溫室氣體的含量。
未來(lái)，我們能在短期內在另一個(gè)行星上建立一個(gè)穩定的社區嗎？這顯然不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，但這也不會(huì )阻止科學(xué)家開(kāi)始動(dòng)手思考這類(lèi)問(wèn)題，尤其是把火星當作我們新生活開(kāi)始的地方。在火星上的任何移民活動(dòng)(如果它不至于成為全太陽(yáng)系最昂貴、最難到達的科學(xué)實(shí)驗室)，最后終究得有能力自給自足才行。當然，在開(kāi)始階段，將會(huì )有大量設備被運送過(guò)去，絕大多數的任務(wù)會(huì )由無(wú)人宇宙飛船執行。
選擇正確的設備組合將成為關(guān)鍵：輕量化的充氣式居住地區相對容易運送，且幾乎能夠馬上提供棲身之所。不過(guò)就長(cháng)期而言，能夠幫助移民者生產(chǎn)磚塊這類(lèi)建材的設備會(huì )顯得更加重要與關(guān)鍵。移民者會(huì )使用在火星制造的鋼、鋁、玻璃和磚塊來(lái)建造增壓式移居地，這些移居地可能從一開(kāi)始的安身之地擴展成為城鎮。居所是多層式，能夠避免單一單位出事而造成的事態(tài)擴大化。最開(kāi)始的興建工程將交給機器人來(lái)完成，為載人太空任務(wù)預做準備。機器人先于人類(lèi)飛抵火星，將火星玄武巖基巖的孔開(kāi)大，選擇那些天然而獨特的六角形巖石進(jìn)行開(kāi)采，并將巖石的內部采空。機器人在洞穴內部創(chuàng )建網(wǎng)絡(luò )式的結構，同時(shí)將玄武巖擠壓、溶解成塊，使之成為便利的燃料纖維，同時(shí)，這些纖維也可以取代地球上的傳統建筑材料，使用這些可以在火星上搭建人類(lèi)的新家。
火星移民洞穴
盡管移民者必須找到地下水或冰的位置并加以開(kāi)采，“水”仍會(huì )是最珍貴的資源。因此所有廢水都得悉心地回收處理，重復利用?；鹦且泼駥⑿枰欢ǔ潭鹊墓I(yè)產(chǎn)能，并且能夠確保居留地可以維持含氧量充足的大氣。這就表示需要可靠的電力供給，最有可能采用的發(fā)電方式是太陽(yáng)能與核能并用。在溫室中種植新鮮的糧食將會(huì )是基本工作，但種植其他綠色植物可能也有必要，比如種植竹子不但有益改善環(huán)境，它還是很方便的建材。
雖然我們在21世紀內就可以到達火星，但是“火星環(huán)境地球化”這一想法要完全實(shí)現可能還需要幾千年的時(shí)間。但這是我們的火星任務(wù)，也是人類(lèi)必須完成的。
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