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关于人类去火星你要知道的一切

潘雨希2014-04-29 06:45:19

欧洲航天局也打算在 2018 年发射一个火星车,就停在沼气被发现的位置,但资金到现在都没有敲定。 相比这些机构,私营公司更具雄心,比如荷兰的 Mars One 公司,他们计划 2024 年在火星上建立一个永久的殖民地。他们声称行动只需要花 60 亿美元,而资金主要来自记录此过程的真人秀。 很多业内人士对这一行动表示怀疑,不过 Mars One 声称已经有 202586 个人提交了申请要求登火星。申请者需要登记、交定金、上传视频并接受几轮的面试,而面试的全部过程都会在真人秀中出现。

1. 为什么我们要关注火星?

“因为中学课本里说过火星上可能有水啊,有生命啊,”你可能会这么回答。而最新的火星探测器并没真在火星上发现外星人,不过它们发现在冰盖和土壤中储藏着水,以及构成生命的元素——氦、氧和碳。而且还有证据表明,火星上曾有液态水和淡水湖的存在,这提高了微生物曾经存在的可能性。

“人们对微生物可能存在缺乏热情,” NASA Ames 研究中心的天体生物学家 Chris McKay ,“但是,如果一旦发现火星上的生物可能有第二种来源(不和地球生物来自同样的材料),那就会改变一切。”在同一个太阳系中,如果生命二次进化就意味着在宇宙中生命是普遍的,他解释道。

外星人长期以来是人类好奇心的重要来源,而发现有智慧的生命体也是有科学价值的。人之为人经历的三个阶段——生命起源、复杂生命的进化和智力的发展中,后两个阶段的痕迹都没在火星上出现。“如果能和外星智慧生物交流的话,我们很快能发现他们也经历了这三个阶段。” Chris 说。

当然,我们最终的目的还是要打败外星人,占领火星,从而在地球毁灭之前举家移民。

2.    火星长啥样?

地球与火星. Wikimedia Commons

火星,顾名思义,大概是红通通的。 Bingo!由于火星沙中的氧化铁含量非常高,火星看起来从未停止燃烧。不过事实上,火星比地球离太阳还远上1.2亿公里,因此火星上非常冷,平均温度大约零下 27.2 度左右。它比地球小的多,地心引力是地球的 38% 因此一个 100 斤的姑娘到了火星就瞬间减肥至 38 斤。不过,它和地球一样都斜着身子转,这让火星人(如果有的话)拥有四季。

NASA 的Goddard Space飞行中心曾经发布过名为“火星进化”的动画片,展示了火星四十年前的可能样子——“十亿年以前,火星非常年轻,厚厚的大气层包裹着它让它足够温暖,大洋得以存在”和它的变迁——“从温暖湿润到干燥寒冷,天空也从如地球般的蓝色到现在布满渣尘的粉色和褐色”。

3.    火星上真有生命吗?

看起来像是水向土壤外渗的管道的3D图像. NASA

火星又冷(水会结冰),大气又稀薄(紫外线伤害),磁场又弱,要想寻找活的生命体似乎要向地下探索。上图就是科学家发现的像是土壤中“水管”的深色条痕。科学家做出了很多假设,比如地质活动可能会使坚冰融化,高盐和其他化学成分会防止结冰,地球上的有些微生物可以直接靠岩石养分生活,以此来推断火星中很可能有微生物存在。他们还找到了一个间接证据——沼气的存在。不过,虽然沼气很多是由活的微生物释放出,但也未必就来自微生物。

除了上图以外,还有许多图片疑似指向生命的存在,比如 McLaughlin 坑穴——火星上最大的坑穴之一,就被怀疑原来是一个湖。不过, NASA 的探测器并没在坑穴上发现水的痕迹,如果它确实曾是一个湖的话,那水只有可能是从地下涌上来的。而 NASA 的下一代探测器就打算深入火星地下取样,确认地下微生物到底是否存在。

到目前为止,最“确切的”证据是在 13000 年前撞击南极洲的来自火星的流星。我们知道它来自火星是因为它包含有火星大气的成分,而科学家在其中发现了 36 亿年前的细菌化石以及被认为是细菌产生的有机分子和矿物质。

不过,还没有任何证明和发现证明,火星上现在有生命。

4.    人类对火星的探索走过了什么样的历程?

水手9号, 进入火星轨道的第一个飞行器. NASA

上世纪六、七十年代前苏联与美国都多次尝试发射火星探测器,同时也多次失败。第一个飞过火星上空并拍摄照片的探测器是1965年发射的美国水手四号(尽管照片只有200*200的像素),而第一个成功进入火星轨道的探测器是美国 1971 年发射的水手 9 号。就在一个月后,前苏联也成功使两枚探测器进入轨道。

上图是 NASA 的水手九号。它是“水手火星任务”的其中一个探测器,另一个水手八号的任务是绘制 70% 的火星地图。水手九号收集了火星的大气成分、密度、气压、温度和地表成分、温度、引力和地貌等数据,并拍了 7329 张图,首次揭露了火星上的火山、峡谷及极地冰盖等的细节。

四年之后,NASA 又向火星的赤道和北极分别发射了两枚飞行器——Viking 1 和 Viking 2。它们的主要任务从拍照变成了取样,并在嵌入装备上监测土壤的生物成分。“NASA 的火星探测项目从情感上总是对 Viking 系列恋恋不舍,”NASA 火箭推进实验室工程师 Adam Steltzer

好奇号火星车. NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems

这可能是因为在之后的80年代和90年代,火星探测的资金被大幅削减。1997 年,NASA回归火星,Pathfinder 和 Sojourner 在火星着陆,不过之后发射的探测器都以悲剧收场。

直到 2012 年,火星探测才又一次取得突破性进展,这要归因于 NASA的好奇号火星车开始在火星上行走、取样。它是史上最大和最复杂的火星探测器。它的着陆器——由 NASA 的工程师制造的用火箭支持的起重器在好奇号登陆之前从未被测试过(因为火星环境只能电脑模拟),而花费十年设计的的好奇号能否成功就要看着陆的一瞬间。幸运的是,它成功了。着陆之后,它先是走岔了路,到了 Yellowknife Bay,但却在这里发现了古淡水湖的痕迹,然后它又受指引走到了一座被命名为 Mount Sharp 的高山。在路上,它跨越了历时 20 亿年的多个岩层。它能用特制烤箱融化岩石以分析岩石里面的东西,也能用自带的激光仪器通过反射来分析岩石的成分来了解火星的历史。通过它发回的数据,科学家们发现,很久以前火星上是有更厚、更具有保护性的大气层的,而且还有流动的水和有机化合物(不过不能确定有机化合物是不是好奇号无意带上去的)。在今年二月份,NASA 的科学家们就庆祝了好奇号走过五万米。

除了好奇号以外, 2003 年发射的机会号仍在运转中(曾成功登陆的勇气号、凤凰号均已任务结束)。

5.    送人去火星有多难?

地球和火星在最近点之间的距离也约有 5472 万公里,好奇号火星车光单程前往火星就需要 8 个月的时间。而且,目前还没有动力足够强大的火箭和足够安全的技术来支持载人飞船飞向火星,要开发这样的技术预计需要 60 亿到 5000 亿美元不等。

同时,人也难以承受这样的旅程。首先,据 NASA 的计算,去火星逛一圈,人患癌症的几率就会提高 5%,其后代也有可能出现有害的基因变异。其次,火星上骤减的地心引力会使肌肉萎缩、视力下降、精子卵子活动异常。最重要的是,这是一个难以克服的心理过程。从火星到地球,无线电波需要十分钟才能传递,这使宇航员与地面无法交流,长期与几个“火星驴友”待在一起是否会产生心理问题殊难预料。

6.    为什么是火星,而不是金星或者月球?

登月早已不是稀奇的事情,迄今为止,已经有 24 个人和 10 个无人探测器登陆过月球。地球人对月球的理解已经比较完备了,而月球上并没有水,或者生命存在的痕迹。

至于金星,早在 80 年代前苏联就曾经发射过 10 个探测器,试图登陆金星,结果是一场悲剧,没有探测器能在金星表面待过 1-2 个小时。这是由于金星的大气层特别厚,表面气压比地球强 90 倍的缘故。而且,金星表面有 454 摄氏度左右的气温,比火星的环境要恶劣的多。

火星与地球具有最大的相似度,就像一对双生兄弟。它们同时出生,到现在都 45 亿岁了,形状也十分相似,地表也都有火山和水道,都围绕着一个黄矮星且离它不远不近,足够被它温暖到,又不致被它灼伤,都足够大能吸引住大气,又足够小而坚硬。关键是,它可能有生命存在。

7.    未来你可以关注哪些关于火星的计划?

对火星的探索很大程度上要取决于美国人。去年四月,奥巴马在 NASA 的肯尼迪航天中心重申了他对送人去火星的决心。他说:“到 2025 年之前,我们希望成为第一个’登火星’的国家。”

“不幸的是,登火星很大程度取决于资金,” 佐治亚理工大学计算机工程系副教授Ayanna Howard 说:“如果有足够的资金的话,30 年内可以实现,否则不可能。”

NASA 提出了在 2030 年‘登火星’的计划,而且已经开始研究可以在火星上种的菜,比如胡萝卜、西红柿和辣椒。不过从 NASA 最近削减的资金来看,这一计划可能就是说说而已。更加实际的是这几个项目——2016 年,NASA 准备发射洞见号火星车,探测火星底层深处;2020 年,NASA 会发射一个新的火星车取代好奇号。

洞见号火星车. NASA/JPL-Caltech

欧洲航天局也打算在 2018 年发射一个火星车,就停在沼气被发现的位置,但资金到现在都没有敲定。

相比这些机构,私营公司更具雄心,比如荷兰的 Mars One 公司,他们计划 2024 年在火星上建立一个永久的殖民地。他们声称行动只需要花 60 亿美元,而资金主要来自记录此过程的真人秀。

很多业内人士对这一行动表示怀疑,不过 Mars One 声称已经有 202586 个人提交了申请要求登火星。申请者需要登记、交定金、上传视频并接受几轮的面试,而面试的全部过程都会在真人秀中出现。

创始人 Bas Landsdorp 说:“项目刚开放申请两星期,我们就收到了 78000 份申请,这大概是史上人们最想要的工作。”不过, Mars One 还没有和五角大楼签订任何关于生命支持技术的合同, Landsdorp 也承认,“我们不能保证在 2024 年送人上火星。”

更让业界看好的项目是 Inspiration Mars, 由第一位国际空间站的旅客,亿万富豪 Dennis Tito 赞助和发起的项目。2001 年,他宣布计划送一对夫妇飞越火星,然后飞回地球,而这一任务的时间点是 2018 年。

据 Inspiration Mars 的团队成员 John Carrico 介绍,他们在考虑用 Space X 的 Falcon 推进器或者用 Atlas V 552 两次推进,同时也可能搭乘 NASA 的空间推进系统重装载火箭。而对这个项目来说,返回地球时进入地球的大气层是主要的技术难题,主要是因为那时的速度峰值相当高,能达到 14.2 千米每秒。 他们与 NASA 合作进行了研究,结果表明热量不会像想象的那样高,加厚的隔热材料可能能解决这个问题。当提到人体健康方面的忧虑时,他说:“辐射的影响也被认为是可控的。”

不过,不论他们怎么说,时间可以证明一切。而关于火星的探索,人类还在路上。

题图来自NASA/JPL-Caltech

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