再造一个地球,可能吗?全球科学家公认,火星是最好选择和对象

2019-07-19| 发布者: 安吉头哥| 查看: 115

再造一个地球,可能吗?全球科学家公认,火星是最好选择和对象

中国探月工程首任首席科学家欧阳自远(张北 摄 视觉中国供图)

某种意义上说,地球宇宙的骄子——46亿年来,只有地球在漫长的演化过程中显示出生命的奇迹。这源于地球与太阳的恰当距离,在这个范围内,地球上的水有固态、液态、气态三种形态,地球上的物种得以延续生命。

然而,任何天体跟人一样有诞生、有成长、有死亡。地球已经46亿岁了,最终也会慢慢走向老年,这个时间可能是45亿年。那个时候,地球上将没有火山活动,没有板块运动,也没有强烈的地震。地球会慢慢冷却,最终变成一块大石头。

那么,人类是否能寻找到第二个天体,并将其改造成我们的第二个栖息地?全球的科学家将目光聚焦于火星。中国亦是如此。中国探月工程的首任首席科学家欧阳自远,今年84岁,因成功推动中国第一颗探月卫星“嫦娥一号”的发射升空,被称为“嫦娥之父”。探月之外,他亦关注中国的火星探测计划。在本刊记者对他的专访中,他以一种深厚而乐观的情感来看待人类对深空的探测,讲述中国火星探测的故事。

三联生活周刊:

从1960年苏联发射首颗火星探测器至今,人类已经发射了近50颗火星探测器。为什么人类这么热衷于去火星呢?如何看待各国关于火星的探测竞赛?

欧阳自远:

深空探测是了解太阳系及其各层次天体形成与演化、生命溯源等一系列重大基础科学问题的最有效手段,是人类进行空间资源开发利用和保护地球的重要途径。火星因为其可能是地外生命探索的主要目标天体及其可宜居等独特性质,成为各国在深空探测领域中的热点和生长点。

太阳系中靠近太阳的4个行星——水星、金星、地球和火星,称为类地行星,其中火星与地球的相似程度最高。火星是地球的近邻,与地球的距离约6000万~4亿千米;火星的自转轴倾角为25.2°,地球为23.5°,因而火星与地球在一年中都有春夏秋冬的季节变化;火星的自转周期也就是一昼夜为24.66小时,地球为24小时;火星有一个极其稀薄的以二氧化碳为主的大气层;在火星的早期历史中,火星表面有过液态水的活动,发育过河流、湖泊和海洋;有证据表明,火星曾经繁衍过生命。

我们能不能为地球、为全人类找到另外一个安全的栖息地,让人类有两个栖息地,这是非常重要的一个设想。目前全世界的科学家公认,改造火星是达成这一设想的最好选择和对象。要改造火星,科学家们已经经过几十年的研究,提出了他们的步骤,我也与人合写了一本科普书叫《再造一个地球——人类移民火星之路》。

再造一个地球,可能吗?全球科学家公认,火星是最好选择和对象

地球与火星的外观和大小对比

三联生活周刊:

到目前为止,人类实现了对火星的飞越探测、环绕探测、着陆与巡视探测,对于火星,科学家们最为关注的问题有哪些?

欧阳自远:

人们对火星最关注的一个问题就是,火星上到底有没有生命?大家知道,地球出现生命,而随着生命的演化,出现了高等智慧的人类,继而建立了高度文明的社会。但是,人类在浩瀚宇宙中十分孤独,没有自己的同类,我们不知道别的星球上还有没有生命;我们不知道自己来自何方,更不知道未来将走向何处。因此,大家会关注火星上有没有生命,如果有,这种生命是什么样子的。这是人类自古以来的一种期盼。

迄今为止,人类进行了40多次火星探测,有绕火星飞行的卫星,也有降落在火星表面的着陆器,还有很多火星车。今后,还会有很多火星探测计划。探测火星的第一个目的就是想搞清楚,火星现在有没有生命活动?如果没有,火星以前是否出现过生命?美国发射的“海盗一号”“海盗二号”,包括2007年发射的“凤凰号”都是围绕这个目的探测火星的。他们期望能发现火星上有生命活动,哪怕是最初级最原始的细菌,那都将是了不起的巨大发现。

三联生活周刊:

怎么样去寻找火星上的生命呢?

欧阳自远:

根据地球生命研究的成果,生命诞生的基本条件是:有液态水、能量和构成生命的基本元素,如碳、氢、氧、氮和磷等元素。

早期的火星生命探寻是直接探测火星的生命活动,探测结果表明,当今的火星表面没有任何生命活动的迹象和科学证据。科学家转变思路,寻找火星生命迹象关键要找到液态水。有液态水就可能有生命的孕育,所以第二步就是去寻找火星上的液态水。在火星上拍到的很多照片表明,火星曾经有过大量水体活动,如干枯的河床和湖泊,火星干枯的盐湖残留的盐类与地球死海的盐类相似,表明火星湖泊的水体属于高浓度的卤水。就像地球南北极一样,火星南北极有大面积冰盖,这些冰主要是干冰,但是也有水冰。

拍到的照片证明,火星的北半球完全是一个典型的干涸的海盆地,有很多河道流向这个海洋,还有很多湖泊的遗址。当然现在火星表面没有液态水,但是既然古代有水,是不是那个时候有生命?人类抱着这个期望到处找水,结果有了一些新的发现。

比如,探测器在火星的同一个地方拍到的照片显示,1999年8月,那里是一个陡岩,但到了2005年9月,陡岩塌方了,且有像红色水流的东西涌出来,并在下游形成了冲积扇。这表明,火星表面以下有水体埋藏。还有,当年“凤凰号”降落的时候支撑腿上有水柱,后来慢慢消失,这表明大气中可能有水。

中国将在2020年左右发射的火星探测器就有一个任务,要把火星地下水的分布全部探清楚,包括究竟还有多少、是怎么分布的。科学家们通过模型计算出,曾有大约100米厚的水覆盖了整个火星。既然有那么多水,难道真的就不会有生命吗?所以大家希望通过追踪水的痕迹来发现生命。

三联生活周刊:

还有哪些证据,是火星上曾有生命的标志呢?

欧阳自远:

火星大气的主要成分是二氧化碳,科学家后来发现火星大气里有甲烷,也就是天然气。一般甲烷有两种来源:一是生命活动诞生的,二是非生命活动合成的。所以这也可能是生命存在过的线索。美国在“好奇号”上火星之前做了大量的准备工作,就是要测出甲烷到底是生命活动产生的还是非生命活动的化学合成产生的?但至今都没有结论。

还有一个办法,火星上有一些岩石会掉到地球上来。中国南极考察队曾在南极找到1.23万块天上掉下来的石头,有的来自月球,有的来自太阳系其他小天体,其中有两块就是从火星掉下来的。科学家们对火星陨石做了很多研究,特别是1984年在南极找到的ALH84001火星陨石,电子显微镜下看到这里面有很多小虫子的形状,截面也有,非常漂亮。这是不是36亿年以前火星上的细菌?

在地球上36亿年前已经产生了最低级的生命,火星也许同时产生这样的低级生命。但绝大部分科学家认为这可能是南极冰的污染,是地球生物。另外很多自然界的成因也可以形成这种小虫子一样的东西,并不能说明它就是过去火星的生命,所以仍然没有结论。

最近落在摩洛哥的一块火星陨石是由中国科学家领衔研究的,就是Tissint陨石。这块陨石里发现了很多碳的颗粒,在电子显微镜下,科学家们对碳的颗粒做了碳同位素分析,结果令人振奋。因为碳的同位素组成非常像地球上的生命物质来源的碳的同位素,表明火星曾经出现过生命。

这件事情轰动了世界,紧接着半个月以后美国国家航空航天局的“好奇号”探测车在火星上钻孔取样也找到了这种碳颗粒,这一下子使大家非常振奋,这是目前为止关于火星曾经有过生命这一问题的最好结果。但是最终要证明火星曾经有过生命,一定要在火星过去的三十几亿年的沉积岩里找到化石,才可以确证它以前真的有生命,所以征程还很遥远,任务很艰巨。但我相信,科学家们一定会坚持到底,一定要把这个问题搞清楚。

三联生活周刊:

中国的探测火星任务是如何安排的?为什么会选在2020年发射?跟之前的探测有什么区别?

欧阳自远:

中国在2020年左右有一个发射火星探测器的窗口,大概在年初将发射中国的第一个火星探测器,约在年末到达火星。火星探测受到限制,不是你想什么时候去就能去的。火星是太阳附近的第四个行星,地球是第三个。大家共同绕着太阳转,有时候地球在太阳这边,火星在太阳那一头,你根本没有办法到达火星。所以,科学家们算来算去有一个窗口,大概26个月有一次机会,错过发射窗口,就必须26个月以后再来一次。“机遇号”轨道就是这样选的。

我们现在的配置是发射一个火星卫星绕着火星飞,全面、系统、综合性地探测火星。同时,我们还有一个火星车要着陆在火星上。我们第一次去,首先要对火星整体有个了解,人家做过的也得干。比如做火星的地图,要做得比别人好;探测火星表面土壤的类型、分布、成分和成因,我们要测定火星表面各种类型的岩石是怎么分布的,不同成因的岩石分布面积有多大,进一步研究火星的地质演化等。

火星大约在10亿年前全球性的内禀偶极子磁场消失,形成了特殊的多极子磁场,我们要探测不同区域的磁场强度和特征;我们更想做的是要探明火星地下水的分布,估算火星地下水的总量,因为我们还是关注火星的生命,还是期望能够找到火星的生命。地下水也牵扯到以后对火星的改造利用等,这些都是有关系的。

“好奇号”被称为“火星车之王”,是把巨大的实验室搬到火星上。大概谁也超不过它,很庞大、很重,我们没有那么重的火星车。从仪器的多少和仪器的精度、探测能力来说,恐怕别的国家很难做到“好奇号”这种程度,但是我们可以利用别的办法,如火星轨道卫星和火星车相结合,天上、地上联合起来探测,这也是我们设计的特色。

三联生活周刊:

火星的环境这么恶劣,经过怎样的改变才能适应人类的生存,变成另外一个地球呢?

欧阳自远:

在地球上,我们呼吁减排,不能释放更多的二氧化碳,主要是因为温室效应会让温度不断升高,导致很多严重的后果,比如北极和南极冰盖融化,海平面上升,一些地势低洼地区甚至会被大水淹没。

但是在火星上,却是排放越多越好,这样使它提高大气层的浓度,增加大气层的温室效应,以提高火星表面温度,让火星冰盖的干冰升华和水冰融化,干冰升华增加大气层的二氧化碳浓度,制造温室效应,然后慢慢出现液态水,再逐渐一步一步改造。

下一步改造大概需要经历七八个步骤,这需要一个世纪到两个世纪的努力。刚开始登陆火星后,必须居住在密闭的地下或地面的舱室里,也许最好的方式是用机器人上去,发挥它们的智能作用进行火星改造。

随着火星表面的温度上升,有水流存在,人类就可以选择培育能促进光合作用的菌类和苔藓,在火星上逐步开展植树造林计划。光合作用使二氧化碳逐渐变成氧气,进一步培育出能释放更多氧气的超级植物,加快火星上氧气的增长速度,逐步改变火星大气的组分。

大气浓度和氧气浓度提高后,未来的火星居民可能不用穿太空服,就可走出户外,普通飞机也可以在火星上起降。这样就将红色的火星逐步改造成一个绿色的火星;大量水体的出现,则将其逐步改造成一个蓝色的火星。通过人类的智慧和努力,火星完全可以改造成生机盎然的小地球,再现青山绿水,成为人类的第二家园。到那时,地球和火星都会处于太阳系的“宜居带”里。这颗贫瘠的行星将成为一个拥有蔚蓝色天空、绿色平原、蓝色湖泊和生态环境友好的新世界,地球-火星将成为人类社会持续发展的姐妹共同体。

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