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火星,地球的孪生兄弟

日期:2020-07-29 【 来源 : 万博体育网址周刊 】 阅读数:0
阅读提示:就像大航海时代人们对于新大陆的努力探索,当人类的科技触角伸向太空,对于这个地球“孪生兄弟”的好奇与兴趣与日俱增。
作者|刘朝晖


  人们常把一件火爆事件的发生,形容为“火星撞地球”,这从某种程度上说,暗示着火星与地球之间存在紧密联系。中国古人早就发现了夜空中这颗红色的与众不同的星星,由于它的运行方向和速度飘忽不定,同时又发出荧荧红光,所以给它起名“荧惑”,“荧荧火光,离离乱惑”,意为荧荧的星星令人迷惑。

  这的确是一颗令人着迷又疑惑的星星。

  火星虽然距离地球最远达4亿公里,但它已经是太阳系中离地球较近的行星。天文学家数年来的观测研究和火星探测器发现的大量证据表明,地球在太阳系的这个邻居,拥有着与地球极为相似的自然特征。从某种意义上来说,火星就像是地球的一个孪生兄弟。

  就像大航海时代人们对于新大陆的努力探索,当人类的科技触角伸向太空,对于这个地球“孪生兄弟”的好奇与兴趣与日俱增。从1961年至今,人类已实施火星探测活动达45次,虽然成功和部分成功的任务一共仅有22次,但是火星一直都是人类开展深空探测的热点目标,去火星探秘也成为各国科学家一直在努力的方向。对火星的研究,不仅有助于我们更深入地了解目前我们生存的这颗蓝色星球,也为星际移民提供了无限的畅想。


火星环境与地球类似



  “40多亿年前,火星与地球逐渐形成了。这兄弟俩长得太像了——同样有南极、北极,同样有高山、峡谷,同样有白云、尘暴和龙卷风,同样是四季分明,甚至连一天的时间都差不多。难怪,人们把地球和火星称为太阳系中的‘孪生兄弟’,并由此推测,火星也和地球一样有水和生命存在。”

  这是苏教版小学语文五年级下册第7课的课文《火星——地球的“孪生兄弟”》的开头一段,简明扼要地表述了火星与地球之间的相似关联。在太阳系的行星中,与地球如此相似的,火星是绝无仅有的一颗。

  火星的直径约为6800千米,只有地球的53%,质量是地球的11%,在离太阳平均距离2.28亿千米的椭圆形轨道上绕着太阳运转,公转一周所需的时间相当于地球上的687天,自转周期比地球多37分钟。更有趣的是它也是侧着身绕着太阳旋转,自转轴与轨道平面的夹角为25度,结果就和地球一样有着一年四季的变化,这是它与地球最主要的相似之处。与地球只有月亮一颗卫星不同,火星有两颗卫星,但都是直径小于80千米的“小家伙”。

  由于火星距离太阳比较远,所接收到的太阳辐射能只有地球的43%,因而地面平均温度大约比地球低30多摄氏度,昼夜温差可达上百摄氏度。在火星赤道附近,最高温度可达20℃左右。火星也有大气层,不过比较稀薄,密度还不到地球大气的1%,其中二氧化碳占了95%,剩下的是氮气(2.7%)、氩气(1.6%)、微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)。

  从太空的角度观测,地球因为表面的大面积海水覆盖而被称为“蓝色星球”,而火星则因为表面布满了氧化物,因而呈现出铁锈般的橘红色。夸张一点说,火星就像一个生满了锈的世界。火星表面的大部分地区都是含有大量红色氧化物的大沙漠,还有赭色的砾石地和凝固的熔岩流,当然,火星上也有巨大火山——奥林匹斯山高约2.7万米,是地球最高峰珠穆朗玛峰高度的三倍,是太阳系中最高的山峰。常常刮起的猛烈的大风和扬起的沙尘,能形成可以覆盖火星全球的特大型沙尘暴,可持续数个星期。

  早在300多年前,有人就首先发现火星的两极有“极冠”,夏天它会收缩变小,冬天它又扩大地盘,很像是覆盖在火星两极的冰雪。如果是这样,那么它就是火星上存在着众多水分的证明。1877年,意大利天文学家夏帕勒里用望远镜看到了火星上密布着有规则的线条,很像是天然的水道。

  水分的存在,是生命存在的前提。一直以来火星都以它与地球的相似而被认为有存在外星生命的可能。火星上是否真的有水?

  1976年7月20日和9月3日,美国发射的“海盗1号”和“海盗2号”火星探测器在经过历时一年,长达6.8亿公里的长途跋涉后降落火星,发回清晰的照片:着陆地点是块低平的区域,有洪水流动的痕迹。“海盗号”的观测还证明:火星大气里含有水蒸气,火星的极区是由冰组成的,季节性地被二氧化碳所覆盖,它是火星上的“大水库”。科学家通过研究发现,火星表面有大量的远古干枯河道,这些河道有被冲刷的痕迹,认为曾经的火星有着大量的液态水存在,并且有海洋和湖泊。

  尽管“海盗号”并没有在火星上找到生命的迹象,此后更多的探测也表明,火星更像是一个荒芜死寂的世界,但是科学家们对火星生命的是否存在保持极大的兴趣。他们认为曾经的火星可能存在过生命,甚至和地球一样布满植物和生命。

  美国科学家去年的一项研究表明,在大约37亿年前,在失去大部分大气层后很长时间,火星才有大河,河流持续存在了数十亿年,很可能在不到10亿年前才完全干涸,且火星河道比地球上的河道更长更宽。研究论文主要作者、芝加哥大学地球物理科学助理教授埃德温·开特说:“新研究表明,纵观火星45亿年历史,火星不是只在早期有一个潮湿期,然后变干,而是可能有多个潮湿期。”美国“好奇号”探测器在火星上的探测也佐证,在这个星球上居然存在过绿洲,不过非常遗憾,现在这个地方的绿洲已经彻底的消失,但是却留下了相关的证据。


星际移民的宜居星球


  对火星是否曾经有过生命等诸多的迷题,还需要进一步探索才能揭开,但这并不妨碍人类已经将星际移民的畅想目光投向了这位地球的“孪生兄弟”。由于与地球诸多的相似之处,如果在太阳系中让人类选择除地球外的其它行星来建设第二个家园,相信90%以上的人,都会认为最适宜人类移居的当属火星。如果地球上的人类活动不断降低我们地球家园的宜居程度,这还真是一个迫不得已的选择。

  在过去几十年间,学术界各种各样的“火星环境地球化”方案浮出水面,欲将距离地球最近的邻居变成更适于人类居住的地方,也就是说地球化。不过此类工程的规模将无比庞大——科学家可能会改变彗星运转轨道,令其撞击火星以带来海洋所需要的水浇灌水藻,提高火星大气中的含氧量。其他方案还涉及将几面巨大的镜子安设在地球轨道,将阳光折射到火星极地冰盖,从而释放出液态水和二氧化碳气体,启动温室效应。

  这些脑洞大开的方案,听上去没有个几十年甚至上百年根本就不会有眉目。更有人认为将整个火星改造为类似于地球的居住地可能需要数千年,甚至持续数百万年。

  百万年太久,只争朝夕,一些移民火星最基本的改造和建设问题已经在科学家的构思之中。中国科学院国家天文台研究员郑永春近日表示,人类要移民火星,建设农业文明肯定是第一步,但其作用远不止解决吃饭的问题那么简单。“从长远来看,在火星上发展出独特的人类文明,包括各种农业文明、工业文明以及技术文明是可以期待的。”郑永春说。

  与地球上的农业技术不同,郑永春认为,在火星上则要开拓全新的农业科研领域,首要目的是改造环境。“除了提供食物,我们需要植物来供应氧气、净化水源等,为人类提供最基础的生存条件。” 他认为,届时需要让一些低等植物甚至是微生物,例如细菌、藻类等先到火星上适应环境,吸收二氧化碳、释放氧气,然后产生有机质,改造火星的土壤,让火星表面环境越来越像地球,对生命更加友好。这个过程,需要科学家在地球上开展大量前瞻性研究,筛选出具有适应火星环境能力的微生物、植物及农作物,作为移民火星的“先行军”。如今,国内外已经有科研机构在开展相关研究工作。2016年,美国国家航空航天局(NASA)肯尼迪航天中心和佛罗里达理工学院联合启动“火星花园”项目,目的就是筛选能够适应火星环境的植物。目前该项目已经进入测试阶段。

  人类在火星上的居住问题,则需要建设火星基地来解决。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩表示,建设火星基地是人类一个长远的设想,从初期建设临时基地,到实现中期驻留,再到改造火星建设永久性基地,需要经历漫长的过程。

  庞之浩介绍,建设火星临时基地,可以在宇航员抵达火星之前,先用无人货运飞船将满足基本需求的居住舱和非再生式生命保障系统送到火星。建设火星中期基地,至少需要使用物化再生式生命保障技术,实现物质更高效的循环利用。而要建设火星永久性基地,则需要生物再生式生命保障系统,实现物质的100%循环再生。

  在甘肃省金昌市宁远堡镇的大片戈壁荒山之间,有数个白色舱体,如外星来客般兀自立起,这便是中国建造的“火星1号基地”。这里曾是2018年科普综艺节目《挑战吧!太空》的影视基地。现在,它正式对外开放,发展成青少年航天科普和文旅基地。当然,这个基地最重要的功能还是为建立火星真正的基地进行前期科研探索。

  “火星1号基地”采用了第三代生保系统,基地的总控舱、气闸舱、乘员舱、生物舱、娱乐健身舱、生保舱、存储舱、医疗舱和卫生舱9大舱体的设计,能够基本模拟参试人员的环境控制、生保物质供应、生活、工作、科学实验、天地模拟通话、医监医保、体锻、娱乐、远程专家支持等基本要求。基地舱体外部覆盖厚度约为1米的沙子,以模拟月球或火星条件下的绝热保温、防宇宙辐射和防陨石或流星体等撞击的功能。在生物舱中,有无土栽培的生菜。

  至于火星矿产,郑永春说,从目前的技术能力分析,即使火星上遍地金砖也不值得拿回来,因为所需代价远大于其价值。绝大部分火星资源只有原位利用才有价值,只要能够减少从地球上运输过去的物资重量,再昂贵的资源开发也是划算的。


地球研究的最好参照


  实际上,相比目前还遥不可及的移民火星,借助对火星的探测研究来更好地研究我们生存的地球,更具有现实价值。科学研究,是人类探索宇宙的重要目的之一。

  郑永春表示,在火星上最有价值的科研,就是把火星当做另一个地球来研究。他说,如今人类对地球的表面、深部、大气、生物圈,几乎已经研究了个遍,但是人类对地球的认识依旧不够深刻,原因就在于缺少一个合适的参照对象,没有跳出地球看地球。如果有一个星球跟地球原本很相似,最终的命运却不同,那么以此开展对比研究,就可以获得很多启迪。

  7月23日,在世界顶尖科学家协会邀请5位诺贝尔奖得主在内的中外科学家在线举行的第一期“太空论坛系列”上,国际宇航联合会主任费辛格也表示:“今天我们探索火星的目的不仅是为了了解火星,也是要更好了解我们的家园——地球。”他说,“我们希望借探索火星来了解地球正在经历的变化,比方说气候变暖,因为这很有可能曾经在火星上发生过。”了解火星的经历,或许能帮助我们更好知悉地球的未来走向。

  火星上曾经有海洋,如今却没有了,火星的海洋是何时没有的,怎么没有的,对于相似度很高的地球研究来说,具有重大借鉴意义。对于科学家来说,火星的海岸线、海洋沉积物、水汽循环等,都可以作为研究课题。此外,火星上也有沙尘暴、会下雪,有各种气象现象,但其气象模型与地球相比要简单得多,将两者进行比对,科学家可以找到很多新的研究课题。“如果把中国科学院的各个研究所搬到火星上,许多学科都能在那里找到研究主题,获得全新的研究视角。”郑永春说。

  航天专家李春来说,中国首次自主火星探测不仅在于探究火星生命的存在和演化过程等问题,更可借此了解地球的演化历史、预测地球的未来变化趋势,同时也为人类开辟新的生存空间寻找潜在目标。在他看来,探测和研究火星,最终目的是为地球和人类社会的可持续发展服务。

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