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把火星改造成下一个地球，马斯克能做到吗？

晰数塔互联网快讯
2021-07-20 17:59

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编者按：早在2015年，马斯克就提出了“火星移民计划”，这让很多人感到不可思议。按照他的计划，准备将全球最优秀的10万精英送到火星，并在火星表面或者地下建立永久社区，单人次成本控制在200万美金以内。关于改造火星，马斯克说，他有一个想法，如何使火星适合居住。据马斯克说，有可能在"红色星球"的两极引爆强大的热核武器，这将导致冰川融化，水分蒸发，并最终形成一个合适的大气层。马斯克的方法可行吗？本文进行了详细的分析，原文标题Should We Terraform Mars? Let’s Recap，作者BRIAN GALLAGHER。

马斯克迟早会陷入一场关于火星是否能被改造成地球网络争论，这是不可避免的。他在2018年7月接受《商业周刊》采访时说：当你在网上时，你就处于“网友们的战争地带”。“因此，如果你攻击我，我也可以反击。”

马斯克是SpaceX公司的CEO和首席设计官，他希望 “让生命生活在多个星球”，首先是火星。他曾在推特上说：“公众的支持，对实现将生命带上火星上这一目标至关重要。这颗红色星球离地球相对较近，火星地表曾经有海洋和河流，而且它仍然有冰和地表下的湖泊。气候也是可行的，火星的地表温度范围（-285至88华氏度）与地球的（-126至138华氏度）相差不大。问题在于火星的大气层现在有0.006巴的压力，而1巴是地球海平面的标准大气压力。这不仅意味着危险的宇宙辐射会不受控制地到达火星地表，而且人类需要至少0.063巴的压力来保持我们的身体液体不沸腾（这被称为阿姆斯特朗极限）。

关于地形改造：改变一个星球的气候、地形或生态，使之更适合生命的发展。如果我们能够将火星的大气压力提高到珠穆朗玛峰峰顶的压力（0.337巴）以上，我们就可以在火星表面行走，只需要一个呼吸面罩，不需要加压的太空服。这可能被称为 “弱地球化”，不能让植物在温室外的土壤中生长。

甜蜜的火星家园，艺术家的渲染图，早期的火星环境与今天的火星相比可能是什么样的。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心

为此，需要大量的氮气，比科学家迄今在火星表面发现的还要多，而这也不能让我们可以直接呼吸火星的空气。但马斯克认为，至少弱地球化的改造是可能的。事实上，他在2016年墨西哥举行的国际宇航大会上告诉观众，“如果我们能让火星变暖，火星将再次拥有厚厚的大气层和液体海洋。”

但这是真的吗？

不太可能。根据美国宇航局火星大气和挥发性演化（MAVEN）航天器的首席调查员、科罗拉多大学博尔德分校的空间科学家布鲁斯·雅科斯基的看法，他说，在马斯克的部分推动下，火星地球化改造越来越受欢迎，这说服了他和同事地质学家克里斯托弗·爱德华兹，来衡量它是否可行。他们的答案是：NO， “以今天的技术是不可能的”。2018年7月发表于《自然·天文学》的论文中，他们直接提到了马斯克，否定了他通过核爆火星的极地冰盖来进行地球化改造的想法。他们认为，所释放的冷冻二氧化碳量不足以引起失控的温室效应。此后不久，《发现》杂志在一条推特上@了马斯克。“对不起，埃隆。没有足够的二氧化碳来改造火星”。

所以马斯克进行了反击。“火星上有大量的二氧化碳被吸附在土壤中，加热后就会释放出来。”他回复《发现》杂志的推特说。“通过人工或自然（太阳）核聚变获得足够的能量，你可以对几乎任何大型岩体进行地球化改造。” 第二天在推特上，马斯克两次回复了《发现》的推特，发表评论。首先，他在推特上写道，部分内容如下 “哦，是吗？我向你推荐克里斯·麦凯（Chris McKay） @NASA”。三分钟后，又回复了：“科学 ”之后是一个表情符号心脏、显微镜、流星，以及McKay 1993年合著的一篇论文的链接，题为《改造火星的技术要求》。

如果火星大气中已经有75%的二氧化碳流失到太空中，那么几乎没有任何二氧化碳被储存在离地表足够近的地方，以便人类能够调动它。

为什么马斯克相信NASA艾姆斯研究中心的行星科学家麦凯，而不是其他专家？我问麦凯，他是否看过雅科斯基和爱德华兹的《自然·天文学》论文。该论文指出，自2014年以来MAVEN和火星快车航天器已经实时观察到火星失去了部分大气层，火星侦察轨道器和火星奥德赛航天器已经分析了 “含碳矿物的丰度和极地冰中二氧化碳的出现”。他们说，这些新的数据点表明，首先，火星古代厚重的大气层大部分已经流失到太空中，而不是转移回地表下仍未探测到的浅层二氧化碳库中；其次，无论地面上留下多少二氧化碳，它都 “无法获取，因此不能轻易调动”到大气中。

“我知道这篇论文。”麦凯说，“他们是正确的，的确，地球化改造的关键问题是火星上的CO2、N2和H2O的数量。不幸的是，目前没有什么新东西可以解决这个问题。” 在麦凯看来，雅科斯基和爱德华兹所指的新数据还不够好。

麦凯让我注意他与两位同事欧文·图恩和詹姆斯·卡斯廷于1991年在《自然》杂志上撰写的一篇论文，题为 “使火星适宜居住”。他告诉我，他当时得出的结论：关于火星上二氧化碳、水和氮的数量和分布是不清楚的，今天仍然如此。“我们对地表以下的二氧化碳数量仍然非常不确定。我们没有很好的数据，将需要深入钻探才能得到。” 他说，雅科斯基和爱德华兹近期否定地球化的结论是 “不成熟的”。

持这种观点的并不只有他一个人。还有罗伯特·祖布林（Robert Zubrin），他是1993年地球化改造论文的共同作者。祖布林是一名航天工程师、作家和火星协会的创始主席，该协会是一个倡导火星地球化的非营利组织。祖布林告诉NBC新闻，在火星建立文明将 “增加地球上人类文化的力量和活力”。他还认为，火星应该是美国宇航局太空计划的目标。

我问祖布林，他是如何看待雅科斯基的：他 “不仅假装有他没有的知识，而且与已知的数据完全相悖”。例如，雅科斯基在他的《自然·天文学》论文中强调的结果表明，古代火星大气中至少75%的二氧化碳（0.5巴的二氧化碳）在数十亿年前飘走了，可能是被太阳风和极端紫外线等因素赶走了。如果火星至少有75%的大气中的二氧化碳流失到了太空中，根据雅科斯基的说法，那么这意味着几乎没有任何早期的厚重大气（相当于不到一巴）被储存在离地表足够近的地方，以便人类能够调动它。“显然，雅科斯基写道，“一旦气体流失到太空中，它就不能再被调动回大气层了。” 对他们来说，这使得火星地表只剩下微不足道的可利用二氧化碳：0.020巴。

雅科斯基用以下方式计算了这75%的损失：假设今天观察到的太阳风和紫外线活动过去也在，但强度更大（根据类似太阳的恒星观察太阳的历史，他认为这是存在的）。然后，把今天火星大气中的碳13和碳12的比例，与地面上的碳13和碳12的比例进行比较。由于大气中较重的同位素倾向于留在周围，而较轻的同位素则会飞走，因此大气中二氧化碳富含较重同位素的程度将与地面上的碳不同。雅科斯基和爱德华兹写道，这种差异表明，至少四分之三的火星大气中的二氧化碳已经消失，“流失到太空中是古代二氧化碳温室大气的主要过程”。这与祖布林和麦凯支持的观点相反，即另一个过程可能将二氧化碳从大气中移除，但将其保留在这个星球上：要么吸附在土壤中，冻结为二氧化碳冰，要么被锁在含碳的矿物中。

正在收集数据的好奇号火星探测器。

在祖布林和麦凯看来，这就是雅科斯基的观点似乎与已知数据相矛盾的地方。祖布林和麦凯告诉我，0.5巴的大气二氧化碳损失是一个公平（即使不准确）的评估。麦凯说：“对于他们是否真的在测量二氧化碳损失，或只是氧气损失，存在一些争议。” 祖布林说：“这种说法是有争议的，但论文会通过，因为至少在这种情况下，雅科斯基是根据数据进行论证的”。他们不同意的是雅科斯基的碳同位素分析，祖布林说，0.5巴的大气二氧化碳损失不可能代表火星原始大气总量的75%或更多，因为根据古代火星上液态水的现有数据，火星上一定有至少2巴的二氧化碳笼罩着这个星球。如果是这样的话，与雅科斯基的说法相反，在某处的浅层地面沉积物中会有远远超过1巴的二氧化碳，如果这些二氧化碳释放，足以引发失控的温室效应。

另外，祖布林指出，科学家们不知道这个火星最初的碳12和碳13的比例是多少，雅科斯基在他的论文中或多或少承认了这一点。（他从火星陨石中推断出古代火星的比例。）最重要的是，雅科斯基“不知道地下土壤中的碳12和碳13比例是什么”，祖布林补充说。“它可能与大气中的比率非常不同，因为如果大部分的二氧化碳被固定在风化层中（覆盖在基岩上的那层未凝固的岩石材料）数十亿年前，当大部分大气层消失在太空中时，这两个库将留下完全不同的内容。” 麦凯此表示赞同。

例如，火星南极的冰盖是一个藏有孤立矿藏的区域。麦凯说，这些都没有得到很好的理解，也没有完全确定其范围。他指出，在2016年的一项研究中，科学家们利用火星勘测轨道飞行器上的浅层雷达仪器，对该地区进行了远程测绘，并发现地下有足够的二氧化碳冰，如果被汽化，可以使火星的大气压力翻倍，达到0.012巴。

当然，这远远不足以让人类在没有增压服的情况下在火星上行走。必须找到更多能释放到大气中的二氧化碳沉积物。麦凯说，南极的沉积物 ”相对年轻“。”但是古老的、更深的沉积物可能存在。“ 对他来说，来自MAVEN和火星快车的结果是 “加分项”，因为 “几乎所有的气候模型都表明，早期的火星在其历史早期一定有不同的二氧化碳”，他说：“因此，在埋藏了数十亿年的浅层地面沉积物中，一定还有一些留在那里”。

想象一下，在1890年，有人在火星上估计地球上的石油储量，却从未在那里钻过井。

我把这个问题告诉了雅科斯基。他回答说，他认为几乎没有二氧化碳（大约相当于0.020巴）留在地表或接近地表的地方可以被汽化。这一估计既是基于他的大气二氧化碳损失分析，也是基于人类已经探测到了10厘米的深度，没有发现大量 CO2 的事实。也没有暴露在其他：撞击坑和巨大的海沟，如火星大峡谷（Valles Marineris）。这两种类型的表面特征显示了不同深度的地壳层。

因此，二氧化碳一定埋藏在更深的地方，在难以触及的地方。“你必须对你看不到的东西做出假设。”雅科斯基告诉我。火星上可能还有很多被埋藏的 “深层碳酸盐”二氧化碳，但却无法触及。他和爱德华兹写道：“虽然对碳酸盐矿床的数量没有正式的评估，但我们总是可以争辩说，它们可能封存在我们没有或无法观察到的地方，很难或不可能用于地球化改造。”

麦凯从同样的信息中得到的启示没那么悲观，也不那么确凿。“不幸的是，在过去的20年里，我们对火星的次表层了解不多，需要更多数据。”他告诉我。“这个星球有地球陆地那么大，各个地方的差异非常大。” 祖布林让我想象一下1890年火星上的某个人，在没有在钻探过的情况下估计地球的石油储备。他说：“这就是雅科斯基所作的事情。这很荒谬，很荒唐。”

如果雅科斯基是错的，而且火星上确实有我们可以获取的多个当量的埋藏的二氧化碳，我们就有可能迅速对火星进行改造。“从我们的温室气体排放使地球变暖的速度来看，我们可以在100年内将火星转变为一个温暖的气候状态。”麦凯解释道，“最有效的技术将是生产超级温室气体，如氯氟烃或更好的全氟化合物，它们没有毒性，不干扰臭氧层的发展，并能抵抗太阳紫外线辐射的破坏。好奇号已经证实火星上的岩石中存在氟，所以成分都在那里。”

在2001年的一篇论文中，麦凯和航空工程师Margarita Marinova（现在是SpaceX 公司的高级火星和飞行器系统开发工程师）写道：需要4x1020儒勒的数量，相当于大约75分钟的火星阳光，才能产生足够的[全氟碳化物]，使火星的温度提高大约9华氏度。这相当于250个消耗500兆瓦（小型核反应堆大小）的设施工作100年。除了提供殖民地的其他需求（如农业）的人之外，还将需要大量的人为这些设施配备工作人员。祖布林认为，需要50万到100万人来开始大量的火星地球化改造。

无论我们是否能对火星进行地球化改造，看起来我们很快就会登上火星。马斯克有一个计划，利用SpaceX的星际飞船把我们带到那里。其中几艘在着陆后，将形成 “火星阿尔法基地”。在澳大利亚，他向观众展示了这一计划，同时还展示了描绘基地成长为一个城镇，然后是一个城市的图片。他说，最终，火星的新居民将对火星进行地形改造。火星将成为“一个不错的地方”。

译者：蒂克伟