改造火星7步骤时间表.doc

改造火星时间表 7步骤从我们的祖先首次直立起他们佝偻的腰身至今，人类在地球上已经生活了数百万年的时间。在此期间，这个原本弱小的物种战胜了很多强大的敌人，最终成为物种生存竞争中笑到最后的一个。今天，掌握着“文明”利器的人类极大地改变了地球的面貌，同时也消耗了大量不可再生的能源，而激增的人口和日益严重的环境问题也考验着人类的智慧。为了人类共同的明天，人们将目光投向了太阳系中与地球最为相似的行星兄弟火星，梦想着重拾生命的妙笔，将它打造成另一个地球。你愿意住在火星上吗？这也许是一百年甚至数百年后的焦点话题。火星，这颗红色的行星，也许曾经温暖湿润，是太阳系里第一个生命的天堂，也许在遥远的未来将会是唯一适合我们人类居住的行星。它在许多方面酷似地球，原本可以成为地球的孪生兄弟，它在数百年前就引发了人们对外星生命的好奇和向往，直到几十年前还有不少人相信火星人的存在，它是人类向太空开拓生存空间的头号目标，也是整个太阳系里对生命最为友好的邻居。中国绕月工程首席科学家、中科院院士欧阳自远和北京大学地球与空间科学学院教授焦维新都是“火星探测”的积极推动者。欧阳自远表示，在未来几个世纪中，人类有望将火星改造成为适合人类生存和发展的绿色星球。他认为，虽然火星探测等深空探测的发展是一项长期而艰巨的工程，不能一蹴而就，但通过人类的不懈努力，深空探测科学与技术一定会取得新的突破，“火星是最接近地球环境的行星，人类通过改造将其变成一个宜居星球的可能性是存在的。”焦维新在他的新书探索红色星球中则提出了一个概念“火星地球化”，并给出了人类改造火星的时间表：在大约300年后，“火星喜见微生物，湿润之处藻类生；从此星球见生机，蓬勃凸见下世纪”；大约600年后，“苔藓生，氧气增，清水充满陨石坑”；大约800年后，“孜孜不倦千年，喜见绿水青山，宇宙红色星球，人类第二家园”。地球的“孪生兄弟”说火星是地球的“孪生兄弟”，似乎一点也不为过，地球一天是23小时56分，火星是24小时37分，两者有几乎相同的昼夜；地球轨道面和赤道面的夹角是23度27分，火星是25度11分，两者几乎有相同的季节变化；火星也有大气层，不过比较稀薄，是地球大气的1/160，成分以二氧化碳为主；火星的引力大小接近地球引力的40%；在所有行星中，火星的温度与地球最接近，最高温度20左右，平均温度为-70至-60。虽然与地球有许多相似的地方，但与地球的生机与活力相比，火星完全是另一副模样， “寒冷、干燥、贫瘠、荒芜”是火星展现出来的基本面目，有科学家甚至用“满目疮痍”来形容它。火星和地球一样有着多种多样的地形，而且各种地貌特征都会比地球上的同类结构大好几号：这里有着整个太阳系最高的山峰，最深的峡谷、最广阔的平原和最大的沟渠，因为没有板块构造，搬运和侵蚀作用也显得微乎其微，许多古老的地形一直保持到现在。而它南北两个半球的地貌截然不同，北半球是广阔的平缓低地，南半球则是遍布撞击坑的高地，火星北极比南极低了大约6000米。假如现在我们在火星上灌满水（前提是水要在火星的温度和气压下保持液态），有四分之三的水都会流到北半球。整个火星表面布满了砂粒和岩石，目力所及都是一片红褐色，颇似地球上最为干燥的沙漠风貌。虽然在科学家眼里，这些物质就是“火星土壤”，但绝不是地球土壤潮湿松软的样子，迄今为止火星上还没有发现有机物和液态水，而且温度非常低，有大面积的坚硬冻土。火星表面的大气非常稀薄，不过大气层的各种活动倒是一点儿也没有打折扣，反而比地球上还要猛烈，狂风肆虐，飞沙走石，夏季沙尘暴最大的时候足以覆盖整个星球。火星的天空也有云，不过非常薄，而且形成云的不是水滴，而是冰晶，包括干冰和水体。因稀薄的大气很难把火星地表的温度向上传递，几乎全部的热量都来自太阳的直接照射，因此当太阳升起时温度会直线上升，而太阳落下后气温又急剧下降，一天之中温度变化非常剧烈。人类为什么要改造火星北京大学地球与空间科学学院教授焦维新爱用一个概念“火星地球化”，他认为，通过人类的活动改变火星目前的环境状态，使之与地球相似，适合于人类居住，就是火星地球化。不过在普通人看来，这件事离我们太遥远了，地球上的事还没办好，哪有工夫管火星，与其为火星操心，还不如投入更多资金和力量改造地球的环境，地球的环境再不好，也总比火星强得多吧。“事实上，治理和改善地球环境与改造火星是两个截然不同的问题，前者是为了人类现有的家园，而后者是为了创建一个与地球同样美好的宇宙家园，是人类生存范围的延伸。”作为一位在地外物质研究、比较行星学、天体化学等领域享有盛誉的科学家，欧阳自远非常关注火星探测器最新成果发布，他告诉记者，宜居星球的三要素：液态水、有机碳和能量来源，目前来看火星都不具备，因此几乎可以判定，火星上存在生命的可能性微乎其微。“但相比之下，火星与地球还是有着很大的相似性。”欧阳自远表示，火星有着和地球类似的坚固表面，大气层虽然稀薄但聊胜于无，两极和高纬区域的冻土里还有大量的干冰和水冰，如果将这些冰融化，可覆盖火星表面11米的深度；火星上一天的长度和地球差不多，虽然距离太阳较远，在某些时候还称得上舒适，甚至还有四季的变化；火星表面大气压为地球的0.7%，相当于地球40千米高度大气压的压强，其中含有95%的二氧化碳；与月球相比，火星土壤要比月球土壤友好一些，有的土壤呈现弱碱性，还具备镁、钾和氯化物等成分，除了不含有机物之外，和地球上的土壤没多大区别。如果人类要向空间移民的话，火星无疑会是人工改造成功率最高的星球。在科学家看来，遥远的未来，也许火星会与现在的地球有更大的相似性，我们的太阳正处于中年时期，在未来的岁月里，它将越来越明亮，大约40亿年之后，太阳的亮度将使地球上的温室效应失去控制，由于温度的升高，大量的二氧化碳将从沉积岩中释放出来，涌入大气，地球在那时候几乎是一口盖上盖子的大锅，温度将会无法控制地越来越高，就像现在的金星一样，完全不再适合人类生存。而那个时候的火星，却恰好能够从太阳获得足够的温暖，如果在那一天到来之前，地球生命能够实现向火星转移，那么我们的子孙后代还有机会在太阳系中繁衍生息。因此要问人类为什么改造火星，欧阳自远归纳出下面四个答案：一是人口输出论。因为地球上的人口越来越多，资源越来越少，环境越来越差，生活质量越来越下降，因此人类应该寻找出路，将地球上多余的人口输送到其他星球上去，而在太阳系中唯一能够接收地球上多余人口的就是火星。二是保留人种论。地球上难免会发生灾难性突变，如小行星撞击地球，人类就像6500万年前的恐龙一样遭受灭顶之灾，如果人类对火星进行改造，给自己留条后路，还可以保留人种。三是火星还原论。火星表面曾有大量的水，在几十亿年以前火星还是一颗表面都布满水的行星，火星的环境与地球一样，这种环境完全适合生命的存在，因此人类改造火星的目的就是要恢复火星过去的环境，还原其本来的面目；四是人类进取论。人类对火星的改造是人的本性决定的，因为人总是不断进取，不断扩大自己的生存空间，不断改造周围环境，使之适合于自己的需要，因此人类改造火星环境是人类历史的必然。探索之路从1961年至今，人类已对火星进行过42次探测，实现了飞越、环绕、软着陆、释放火星车巡视探测、现场分析样品等任务。21世纪上半叶，人类的火星探测将实现载人登陆火星，建立火星基地，其中美国宇航局的火星登陆计划将于2031年展开，欧洲太空局实施的Aurora火星探测计划，预计于2033年实现载人登陆火星，俄罗斯、日本、印度等国也纷纷出台了火星探测计划，火星已成为继月球之后人类进行太空探索的热点。目前正在执行火星探测任务的“好奇号”火星车不断传回新的发现，引发持续的火星热潮，然而有科学家却警告称“载人任务将威胁火星生命”，因为实施火星登陆任务时，每名宇航员将把多达100万亿个微生物带上这颗星球。在地球上，这些微生物经过了数千年的进化，帮助人类消化食物和抵御细菌侵袭。地球微生物将与火星环境发生怎样的相互作用仍是一个未知数。于8月5日登上火星的“好奇号”火星车事先经过了杀菌处理，确保任何一面携带的细菌芽孢数量不超过30万，但这些细菌芽孢将进入火星环境。有人担心火星车尚且如此，宇航员的彻底杀菌更是比登天还难。事实上，自从人类的太空探测活动开展以来，关于太空伦理问题就一直被一些科学家所关注，欧阳自远院士表示，人类应该遵守共同的外层空间探测条约，比如我们地球人应该对火星负有责任，包括火星微生物在内,我们不能因为寻找火星微生物而导致这些生命死亡。每个国家应该对本国的星际探索活动负有责任，如果对另一颗星球造成污染，应该受到惩罚，每名探索者应该努力成为太阳系的一名优秀公民，肩负起保护行星环境的责任，在地球上我们不能随处扔垃圾，在其他星球上也应该这样。此外人类应该和平利用空间资源和环境，为人类的共同目标而努力，不应该让政治和军事目的玷污了人类求知探索的心灵。改造火星的七个步骤在科学家眼里，改造火星虽是一个巨大的工程，需要几百年甚至上千年的时间，但经过人类的努力是可以实现的，并非天方夜谭。第一步 加热火星非常干燥、寒冷，因此，改造火星的第一步，就是对火星加热，使其升温。在欧阳自远看来，提升火星表面温度的方法有很多，如在空间轨道上架设系列反向镜，将阳光反射到火星表面；在火星极冠上撒上炭黑，以增加阳光的吸收量促使极冠融化；生产和释放氯氟烃气体，增强温室效应效果；建地热采集系统，提升地温；建核电站输出温度等。焦维新则更看好在“火星轨道建立巨大反射镜”和“小行星撞击”这两种方法，他介绍说，目前科学家提出了两套架设反射镜的方案。一是在环火星轨道上架设，将反射镜放置在距火星32万公里处，利用这些镜子反射太阳辐射从而提高火星的表面温度。反射镜直径为250公里，材料为聚酯薄膜，这样巨大反光镜的重量将达20万吨，这意味着它们体形太大而无法从地球发射，不过人们有可能可以利用在太空中找到的材料来建造这些反光镜。通过反光镜将阳光集中反射到火星两极的冰盖上，使那里的冰融化，释放出储存在冰内的二氧化碳。多年之后，气温上升将导致氯氟烃等温室气体的释放。第二套方案是将反射镜覆盖在火卫一的表面。目前火卫一的轨道还不理想，可以通过人工方法，将火卫一移到稳定的极轨轨道。用含有氨的巨大冰冻小行星猛烈撞击火星也会产生大量的温室气体和水。为了实现这一目标，需要在小行星上以某种方式安装核火箭发动机。100亿吨重的小行星撞击时将产生大约1亿3千万兆瓦的能量。如果有可能控制一颗如此巨大的小行星撞击火星，那么一次碰撞产生的能量可以使火星的温度上升3, 温度的突然升高将造成大约一万亿吨的水融化。50年内通过几次这样的碰撞，将会创造出温和的气候，还可以制造出足以覆盖星球表面25%的水。第二步 加气改造火星的第二步是增加大气浓度，改变大气组份。与地表升温同步，极冠的干冰和水冰将部分融解或升华成气态，土壤中的二氧化碳也将释放出来；为使氧增加，可移植地球上的极地雪山抗旱、抗寒、抗贫瘠的绿色低等自养植物，火星的太阳光强度不足地球一半，可用人工电光源补充，以增强植物光合作用以释放氧气，还可通过工业分解火星上丰富的氧化铁来增加氧气。如果这些方法太麻烦，有科学家建议干脆引入“全氟丙烷”，这是一种比二氧化碳有效10000倍的“超级温室气体”，如果向火星大气层中不断排放这种气体，将会产生难以想象的连锁性“温室效应”，从而让火星在数百年后变成一个气候如春、坚冰融化的温暖湿润世界。这种 “超级温室气体”完全可以通过火星表面本身的元素来制造。第三步 种树第三步是建立火星表面生态环境，从地球运去大批充气透明塑料屋作为火星暖棚，这些暖棚的顶层镀上金属涂层抵抗太阳紫外线，同时选择地球冻土带和雪山之耐寒、耐旱、生命力强之低等自养绿色植物作为登陆火星之先锋植物，如冰雪藻类、冷水鹿角菜、雪地苔藓、地衣、石松蕨等。通过植物风化作用，干燥贫瘠的土石变成含水的土壤，再移植一些抗寒抗旱的微生物、真菌、蕨类、松柏科、菊科、沙草科植物，将来环境有所改善再移植灌木、花卉到室外，逐步建立火星绿洲、草原和园林，形成良好的生态环境。第四步 种地第四步是建立火星农牧业，形成农副食品自给。设计初期，火星是温室农业，作物和禽畜是转基因或基因变异后的抗寒抗旱品种，谷类、薯类、蔬菜、果树、蜜蜂、家禽、家畜等须针对环境选择。火星大气中丰富的二氧化碳有助于农作物丰产，但室内太阳光太弱，需增加电光源。农作物和禽畜生命力较脆弱，须待火星气温、水分、土壤、肥力等环境改造到一定程度才能开展室外大田农牧业。第五步 生产第五步是建设能源和原材料工业设施。建核电站，建液氢和液氧工厂，以解决车辆、机械及回航火箭能源；建大规模太阳能、风能设；开采金属矿藏，提炼金属材料；开采石块、黏土以建筑厂房。火星的能源和材料只能就地取材，如果靠地球这边运过去，成本太高，且目前之空间运载能力也不可及。第六步 盖房第六步是建设人类生活基础设施。建居民区房舍，确保供温、供水、供电；建好道路、车场、火箭发射场，确保交通畅通；建好仓库，储备粮食、饮用水等生活物资，为接待地球旅行者甚至定居者做好准备。第七步 搬家第七步是实施火星旅游和火星移民。在火星环境改造到人类可以忍受的情况下，以及火星基础设施建设，生活资料生产已具规模之条件下，可考虑火星旅游或移民。从红火星到绿火星的六阶段科学家设想，将太空中寒冷贫瘠的红色火星改造为温暖绿色的人类家园，要经过6个阶段约1000年左右的时间，其中前生物阶段大约需要100年左右；微生物阶段需要200年左右；苔藓植物阶段需要300年左右，开花植物阶段、北方植物阶段各需要100年左右，到形成温暖的生态系统阶段已是800年到1000年以后的事了。前生物阶段的主要任务是加热火星，溶化极冰和冻土，释放二氧化碳，在此阶段，火星仍是红色星球；到微生物阶段时，蓝细菌和藻类可以很好地生长，它们能抵御空间辐射并可产生氧气和氮气；苔藓植物阶段，苔藓和青苔是主要植物，它们有效地产生氧气，使大气层中的氧气浓度增加，随着苔类植物大量生长繁殖，火星表面的水土得到保持，此阶段火星表面水在不断增加，收集在峡谷和陨石坑中，火星呈现绿色植物与湖泊相伴而生的情景；到了开花植物阶段，大气层中氧气的含量进一步增加。火星日平均温度高于10的天数将至少为56个火星日，此时火星不仅可以见到绿色植物，还可以看到五颜六色的鲜花；到北方植物阶段时，大气层中的氧气增加到80毫巴以上，针叶树（如松树和云杉等）能够存活。日平均温度超过10的天数将达到100到200个火星日，至此火星实现了红火星、褐火星到绿火星的跨越。未来的火星生活能想象未来的火星生活是怎样的吗，科学家给我们描绘了这样的情景：火星城市的建筑几乎与火星土壤和大气成分的改造同时进行，一个典型的火星城市有着大型的穹顶状天幕，把整座城市包裹在里面，也使得生活在其中的居民与外界的低温、低气压、强辐射隔绝开来，城内安全而温暖，是一个封闭循环的环境，空气是人造的，成分经过仔细的调配，阳光也可以是人造的，因为火星上的阳光太过淡薄，而充足的规律的光照对地球人类的健康非常重要，对植物更是如此。城市的选址是经过仔细考量的，最好在盾状火山的山麓下，万一遇到小天体撞击的时候可以得到高山的庇护，城市还应该建在阳光充足的地方，纬度最好别太高，这样离火星的发射场会比较近，因为火星的地下水系很多，城市建造前必须探测明白，确保地基坚固。人们外出时必须经过空气封锁闸门，穿上外出服，携带氧气瓶，外出服不像宇航服那样需要附上气压，只要在防辐射和保暖的外层内再加上一层特别紧的内衣给皮肤以适当的压力就好了。鞋底需要特别的保暖，需要执行城外任务的人员还必