火星，地球的孿生兄弟

劉朝暉

2014年4月25日美國航天局NASA公布的“好奇號”探測器拍攝的火星表面圖片

人們常把一件火爆事件的發生，形容為“火星撞地球”，這從某種程度上說，暗示著火星與地球之間存在緊密聯系。中國古人早就發現了夜空中這顆紅色的與眾不同的星星，由于它的運行方向和速度飄忽不定，同時又發出熒熒紅光，所以給它起名“熒惑”，“熒熒火光，離離亂惑”，意為熒熒的星星令人迷惑。

這的確是一顆令人著迷又疑惑的星星。

火星雖然距離地球最遠達4億公里，但它已經是太陽系中離地球較近的行星。天文學家數年來的觀測研究和火星探測器發現的大量證據表明，地球在太陽系的這個鄰居，擁有著與地球極為相似的自然特征。從某種意義上來說，火星就像是地球的一個孿生兄弟。

就像大航海時代人們對于新大陸的努力探索，當人類的科技觸角伸向太空，對于這個地球“孿生兄弟”的好奇與興趣與日俱增。從1961年至今，人類已實施火星探測活動達45次，雖然成功和部分成功的任務一共僅有22次，但是火星一直都是人類開展深空探測的熱點目標，去火星探秘也成為各國科學家一直在努力的方向。對火星的研究，不僅有助于我們更深入地了解目前我們生存的這顆藍色星球，也為星際移民提供了無限的暢想。

火星環境與地球類似

“40多億年前，火星與地球逐漸形成了。這兄弟倆長得太像了——同樣有南極、北極，同樣有高山、峽谷，同樣有白云、塵暴和龍卷風，同樣是四季分明，甚至連一天的時間都差不多。難怪，人們把地球和火星稱為太陽系中的‘孿生兄弟，并由此推測，火星也和地球一樣有水和生命存在。”

這是蘇教版小學語文五年級下冊第7課的課文《火星——地球的“孿生兄弟”》的開頭一段，簡明扼要地表述了火星與地球之間的相似關聯。在太陽系的行星中，與地球如此相似的，火星是絕無僅有的一顆。

火星的直徑約為6800千米，只有地球的53%，質量是地球的11%，在離太陽平均距離2.28億千米的橢圓形軌道上繞著太陽運轉，公轉一周所需的時間相當于地球上的687天，自轉周期比地球多37分鐘。更有趣的是它也是側著身繞著太陽旋轉，自轉軸與軌道平面的夾角為25度，結果就和地球一樣有著一年四季的變化，這是它與地球最主要的相似之處。與地球只有月亮一顆衛星不同，火星有兩顆衛星，但都是直徑小于80千米的“小家伙”。

由于火星距離太陽比較遠，所接收到的太陽輻射能只有地球的43%，因而地面平均溫度大約比地球低30多攝氏度，晝夜溫差可達上百攝氏度。在火星赤道附近，最高溫度可達20℃左右。火星也有大氣層，不過比較稀薄，密度還不到地球大氣的1%，其中二氧化碳占了95%，剩下的是氮氣（2.7%）、氬氣（1.6%）、微量的氧氣（0.15%）和水汽（0.03%）。

從太空的角度觀測，地球因為表面的大面積海水覆蓋而被稱為“藍色星球”，而火星則因為表面布滿了氧化物，因而呈現出鐵銹般的橘紅色。夸張一點說，火星就像一個生滿了銹的世界。火星表面的大部分地區都是含有大量紅色氧化物的大沙漠，還有赭色的礫石地和凝固的熔巖流，當然，火星上也有巨大火山——奧林匹斯山高約2.7萬米，是地球最高峰珠穆朗瑪峰高度的三倍，是太陽系中最高的山峰。常常刮起的猛烈的大風和揚起的沙塵，能形成可以覆蓋火星全球的特大型沙塵暴，可持續數個星期。

早在300多年前，有人就首先發現火星的兩極有“極冠”，夏天它會收縮變小，冬天它又擴大地盤，很像是覆蓋在火星兩極的冰雪。如果是這樣，那么它就是火星上存在著眾多水分的證明。1877年，意大利天文學家夏帕勒里用望遠鏡看到了火星上密布著有規則的線條，很像是天然的水道。

水分的存在，是生命存在的前提。一直以來火星都以它與地球的相似而被認為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，美國發射的“海盜1號”和“海盜2號”火星探測器在經過歷時一年，長達6.8億公里的長途跋涉后降落火星，發回清晰的照片：著陸地點是塊低平的區域，有洪水流動的痕跡。“海盜號”的觀測還證明：火星大氣里含有水蒸氣，火星的極區是由冰組成的，季節性地被二氧化碳所覆蓋，它是火星上的“大水庫”。科學家通過研究發現，火星表面有大量的遠古干枯河道，這些河道有被沖刷的痕跡，認為曾經的火星有著大量的液態水存在，并且有海洋和湖泊。

盡管“海盜號”并沒有在火星上找到生命的跡象，此后更多的探測也表明，火星更像是一個荒蕪死寂的世界，但是科學家們對火星生命的是否存在保持極大的興趣。他們認為曾經的火星可能存在過生命，甚至和地球一樣布滿植物和生命。

美國科學家去年的一項研究表明，在大約37億年前，在失去大部分大氣層后很長時間，火星才有大河，河流持續存在了數十億年，很可能在不到10億年前才完全干涸，且火星河道比地球上的河道更長更寬。研究論文主要作者、芝加哥大學地球物理科學助理教授埃德溫·開特說：“新研究表明，縱觀火星45億年歷史，火星不是只在早期有一個潮濕期，然后變干，而是可能有多個潮濕期。”美國“好奇號”探測器在火星上的探測也佐證，在這個星球上居然存在過綠洲，不過非常遺憾，現在這個地方的綠洲已經徹底的消失，但是卻留下了相關的證據。

星際移民的宜居星球

對火星是否曾經有過生命等諸多的迷題，還需要進一步探索才能揭開，但這并不妨礙人類已經將星際移民的暢想目光投向了這位地球的“孿生兄弟”。由于與地球諸多的相似之處，如果在太陽系中讓人類選擇除地球外的其它行星來建設第二個家園，相信90%以上的人，都會認為最適宜人類移居的當屬火星。如果地球上的人類活動不斷降低我們地球家園的宜居程度，這還真是一個迫不得已的選擇。

在過去幾十年間，學術界各種各樣的“火星環境地球化”方案浮出水面，欲將距離地球最近的鄰居變成更適于人類居住的地方，也就是說地球化。不過此類工程的規模將無比龐大——科學家可能會改變彗星運轉軌道，令其撞擊火星以帶來海洋所需要的水澆灌水藻，提高火星大氣中的含氧量。其他方案還涉及將幾面巨大的鏡子安設在地球軌道，將陽光折射到火星極地冰蓋，從而釋放出液態水和二氧化碳氣體，啟動溫室效應。

這些腦洞大開的方案，聽上去沒有個幾十年甚至上百年根本就不會有眉目。更有人認為將整個火星改造為類似于地球的居住地可能需要數千年，甚至持續數百萬年。

百萬年太久，只爭朝夕，一些移民火星最基本的改造和建設問題已經在科學家的構思之中。中國科學院國家天文臺研究員鄭永春近日表示，人類要移民火星，建設農業文明肯定是第一步，但其作用遠不止解決吃飯的問題那么簡單。“從長遠來看，在火星上發展出獨特的人類文明，包括各種農業文明、工業文明以及技術文明是可以期待的。”鄭永春說。

與地球上的農業技術不同，鄭永春認為，在火星上則要開拓全新的農業科研領域，首要目的是改造環境。“除了提供食物，我們需要植物來供應氧氣、凈化水源等，為人類提供最基礎的生存條件。” 他認為，屆時需要讓一些低等植物甚至是微生物，例如細菌、藻類等先到火星上適應環境，吸收二氧化碳、釋放氧氣，然后產生有機質，改造火星的土壤，讓火星表面環境越來越像地球，對生命更加友好。這個過程，需要科學家在地球上開展大量前瞻性研究，篩選出具有適應火星環境能力的微生物、植物及農作物，作為移民火星的“先行軍”。如今，國內外已經有科研機構在開展相關研究工作。2016年，美國國家航空航天局（NASA）肯尼迪航天中心和佛羅里達理工學院聯合啟動“火星花園”項目，目的就是篩選能夠適應火星環境的植物。目前該項目已經進入測試階段。

人類在火星上的居住問題，則需要建設火星基地來解決。全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩表示，建設火星基地是人類一個長遠的設想，從初期建設臨時基地，到實現中期駐留，再到改造火星建設永久性基地，需要經歷漫長的過程。

龐之浩介紹，建設火星臨時基地，可以在宇航員抵達火星之前，先用無人貨運飛船將滿足基本需求的居住艙和非再生式生命保障系統送到火星。建設火星中期基地，至少需要使用物化再生式生命保障技術，實現物質更高效的循環利用。而要建設火星永久性基地，則需要生物再生式生命保障系統，實現物質的100%循環再生。

在甘肅省金昌市寧遠堡鎮的大片戈壁荒山之間，有數個白色艙體，如外星來客般兀自立起，這便是中國建造的“火星1號基地”。這里曾是2018年科普綜藝節目《挑戰吧！太空》的影視基地。現在，它正式對外開放，發展成青少年航天科普和文旅基地。當然，這個基地最重要的功能還是為建立火星真正的基地進行前期科研探索。

“火星1號基地”采用了第三代生保系統，基地的總控艙、氣閘艙、乘員艙、生物艙、娛樂健身艙、生保艙、存儲艙、醫療艙和衛生艙9大艙體的設計，能夠基本模擬參試人員的環境控制、生保物質供應、生活、工作、科學實驗、天地模擬通話、醫監醫保、體鍛、娛樂、遠程專家支持等基本要求。基地艙體外部覆蓋厚度約為1米的沙子，以模擬月球或火星條件下的絕熱保溫、防宇宙輻射和防隕石或流星體等撞擊的功能。在生物艙中，有無土栽培的生菜。

甘肅省冷湖火星基地太空睡眠倉。

至于火星礦產，鄭永春說，從目前的技術能力分析，即使火星上遍地金磚也不值得拿回來，因為所需代價遠大于其價值。絕大部分火星資源只有原位利用才有價值，只要能夠減少從地球上運輸過去的物資重量，再昂貴的資源開發也是劃算的。

地球研究的最好參照

實際上，相比目前還遙不可及的移民火星，借助對火星的探測研究來更好地研究我們生存的地球，更具有現實價值。科學研究，是人類探索宇宙的重要目的之一。

鄭永春表示，在火星上最有價值的科研，就是把火星當做另一個地球來研究。他說，如今人類對地球的表面、深部、大氣、生物圈，幾乎已經研究了個遍，但是人類對地球的認識依舊不夠深刻，原因就在于缺少一個合適的參照對象，沒有跳出地球看地球。如果有一個星球跟地球原本很相似，最終的命運卻不同，那么以此開展對比研究，就可以獲得很多啟迪。

7月23日，在世界頂尖科學家協會邀請5位諾貝爾獎得主在內的中外科學家在線舉行的第一期“太空論壇系列”上，國際宇航聯合會主任費辛格也表示：“今天我們探索火星的目的不僅是為了了解火星，也是要更好了解我們的家園——地球。”他說，“我們希望借探索火星來了解地球正在經歷的變化，比方說氣候變暖，因為這很有可能曾經在火星上發生過。”了解火星的經歷，或許能幫助我們更好知悉地球的未來走向。

火星上曾經有海洋，如今卻沒有了，火星的海洋是何時沒有的，怎么沒有的，對于相似度很高的地球研究來說，具有重大借鑒意義。對于科學家來說，火星的海岸線、海洋沉積物、水汽循環等，都可以作為研究課題。此外，火星上也有沙塵暴、會下雪，有各種氣象現象，但其氣象模型與地球相比要簡單得多，將兩者進行比對，科學家可以找到很多新的研究課題。“如果把中國科學院的各個研究所搬到火星上，許多學科都能在那里找到研究主題，獲得全新的研究視角。”鄭永春說。

航天專家李春來說，中國首次自主火星探測不僅在于探究火星生命的存在和演化過程等問題，更可借此了解地球的演化歷史、預測地球的未來變化趨勢，同時也為人類開辟新的生存空間尋找潛在目標。在他看來，探測和研究火星，最終目的是為地球和人類社會的可持續發展服務。