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本端对话“火星叔叔”郑永春丨“天问一号”出发!去4亿公里外找个家

中国首辆火星车

人类以火星为目标发射航天器46次,其中有11次连地球引力范围都没出,在成功前往火星的35次任务中,有5次“中道崩殂”,在半路上失联。

探测火星之难,出乎普通人的意料,成功率只有43%。其实苏联进行人类第一次火星探测到现在已经60年了,失败主要发生在上世纪六七十年代,也就是刚起步时失败率非常高。近年来随着技术的进步和成熟,成功率高多了,我统计过大概能达到百分之八九十。


登陆火星比飞越和环绕火星要难得多,大部分探测失败是登陆火星。最难的要算火星车进行巡视了,比着陆器还要难一点,所以中国这次是“一步到位”,非常有魄力。

中国现在的火星探测是基于探月工程的四次成功。嫦娥一号环绕月球,嫦娥二号不仅环月还探测了小行星,嫦娥三号实现了月球正面登陆和月球车行驶,嫦娥四号更实现了人类历史上航天器第一次登陆月球背面,所有这些都给“天问一号”火星探测任务奠定了坚实的基础。 

因为我们花了很多钱去探索火星,那么一定要告诉大家为什么要去。我想用三句话来告诉大家探测火星的意义和价值。

第一句话,叫探索太阳系地球和生命的起源与演化,exploration the origin and the evolution of our solar system。不仅地球是我们的家园,太阳系也是我们的家园,所以我们一定要了解太阳系和生命的起源和演化。火星为什么会从一颗曾经宜居的行星发展到现在这样的一片荒漠?这对我们保护地球环境有重要启示。

第二点叫提升我们的技术和能力,improve our technology and power。人类是一个命运共同体,需要不断地提升技术和能力,才能在星球上更好生存下去。

第三点叫启迪下一代,inspire the next generation。开展深空探测,人类的知识和技能一代一代相传,让下一代在我们这一代基础上走得更高、更远,就要通过火星和太阳系探测任务来启迪和激发下一代,让他们勇于去探索未知,勇于扩展人类的生存空间,他们就可以比我们生活得更好,更长远。

人类是一个具有高等智慧的物种,我们必须有所准备,必须居安思危。否则我们的生存就不会太久远,就像地球历史上曾经出现的无数物种一样。


火星是一颗类地行星,是一颗岩石星球。太阳系里,水星、金星、地球、火星都属于类地行星,甚至包括月亮。

火星上有高山、有峡谷、有江河湖海,但这些江河湖海都已干涸,留下了河道、冲击扇三角洲以及湖泊的沉积物。

火星的北半球曾有巨大的海洋,但现在海水都没了,只留下干涸的海床,我们还可以识别出海岸线。其实把地球上的植物、河流、海洋、液态水全都去掉,你会发现火星和地球非常相似。

地球是一颗蓝色行星,一方面是因为蓝天,另一方面是因为蓝海。火星是一颗红色行星,因为它整个表面都覆盖着一层红色的沙尘暴。

火星上的一天是24小时多一点,和地球差不多;火星也有一年四季春夏秋冬,当然季节会更长一点,因为火星的一年是687天,比地球长88%。

所以火星是太阳系中跟地球环境最相似的一颗行星,这也是千百年来人类对火星如此着迷的原因。

作为一个农业大学的本科毕业生,我对土豆充满了感情,当年我们读大学时种土豆吃土豆,说到土豆这个梗会比大部分人印象更深刻。

在2016年的科幻大片《火星救援》里,主角马克被一个人孤零零地扔在了火星表面,他每天能做的工作就是种土豆、数土豆、吃土豆,他要数清楚自己还能活多久。幸运的是他终于在火星上种出了土豆,所以他才等到几年后他的航天员队友来接他返回地球。

电影《火星救援》剧照

那么火星上能种土豆吗?我经过一定的探究,可以回答你。

第一,火星的温度。最冷时可达零下80-100℃,最热时零上20-30℃,平均温度-55℃,所以火星上种土豆一定不能露天种。我们看到《火星救援》里面发生事故之后,土豆马上脱水了,脱水之后就变成了干粉。

第二,火星的土壤成分跟地球类似。地球的营养元素火星也都有,所以火星的土壤基本能够支撑土豆生长,但总体上还是比较贫瘠的,因为它缺少了化肥、农药、有机物来提供养分和防病虫害。

第三个条件是水。火星上现在有地下卤水,土壤里面有一定含水量的冻土,只是因为温度低,所以你表面看不到水流,都是冰。所以火星上不是太缺水,不像月球上实在是一滴水都没有。但是总体来讲还是要非常节约,节约用水的美德,在火星上更要这样。

地球上人口的暴涨,就跟土豆的推广关系非常大。土豆是维持生命最好的选择,因为它产量很高,一亩地可达上万斤,同时它又是一种全营养食物,能够补充热量,补充各种各样营养成分,使得我们光靠土豆也能活下去。


1877年人类在火星上发现了“运河”,他们认为是火星人挖的,所以那时大家都相信火星上有生命。那么,火星上到底有生命吗?

火星整个表面是一片彻底的荒漠,非常寒冷,最冷时-100℃,最热时20-30℃,从温度条件来讲,火星上存在生命是可能的。

但还有一些不利因素:火星没有全球性磁场的屏蔽,宇宙辐射和太阳风能长驱直入,昼夜温差加上辐射,再加上火星土壤中有很多有毒的高氯酸盐,对生命造成了非常严酷的影响。

可以说,火星表面存在生命的可能性微乎其微,连存在有机物的可能性也很小,因为宇宙射线会把有机物的碳链打断,变成原子和分子。

其实,30多亿年前火星和地球有非常相似的环境:温暖湿润,有浓密的大气层,还有磁场的保护,还有大规模的液态水,这就使得地球和火星都非常适宜繁衍生命。地球就是在那时产生了最原始的生命,并连续繁衍了几十亿年。

22亿年前地球发生了一次大氧化事件,在这之前地球上是没有氧气的,所以氧气不一定是判断生命的一个很重要的标准。

那么长时间里火星有没有进化出生命,关键在于有没有大规模的液态水、浓密的大气层和稳定的磁场。这样适宜的环境持续了多久?在地球上因为持续了几十亿年,所以使得生命可以不断的进化,才有人类这一高等智慧生物的出现。


但火星上这样温暖、适宜的气候恐怕非常短暂,因为火星比地球小,它内部的能量就会少,很难维持长期这样的一些地质活动和温暖适宜的气候。

有人说,在火星地底下有一些相对适宜的温暖潮湿的环境,远古时代火星如果有生命,它就可以在地底下生存下来。所以现在科学家计划在火星上打钻,打到几十厘米以下能屏蔽辐射的深度,看看有没有生命。

如果我们找不到火星生命,那我们就要前往更远的世界去找生命了。就像科幻电影《超时空接触》里的那句名言:宇宙这么大,如果只有地球上有生命,那不是太浪费空间了吗?

在地球大气层里,二氧化碳只是微量气体,但在火星大气层里二氧化碳占96%。我们知道二氧化碳会产生温室效应,但是你不必担心火星上的温室效应。抛开剂量谈功能都是耍流氓,火星的大气层非常稀薄,密度只有地球上的1%左右。


而且火星比地球更远离太阳,地球到太阳的距离是1个天文单位,火星到太阳至少平均是1.5个天文单位,所以火星上平均温度只有-55℃。这时我们恰恰需要利用火星上的温室效应,把火星南北极的干冰释放出来,使二氧化碳大气的浓度提高,笼罩整个火星,使得温度升高,地下水涌出,火星会重新拥有江河湖海……

除了温暖湿润的气候,还得有氧气。人类可以先把低等植物、藻类、细菌等投放到火星上,让它们吸收二氧化碳、释放氧气,然后产生有机质,改造火星的土壤,让火星表面的环境越来越像地球。2016年美国启动“火星花园”项目就是为了筛选能适应火星环境的植物。这是人类改造火星的可能途径。

马斯克的星舰项目,我是乐见其成的。我觉得他的本意不是圈钱,他确实是非常痴迷于火星移民的,然后也正在一步步实现进展。

SpaceX的载人飞船其实不仅是为了去空间站载人用的,一开始设计时就是为了登陆月球和火星用的。如果仅仅给空间站用,就不用设计成这个样子。

马斯克搞猎鹰火箭第一级的回收重复使用,主要目的其实是为了建立地球到火星的廉价运输航线。因为火箭重复使用会让发射成本大幅下降,才有可能实现非常频繁的火星移民飞船的发射。

不要觉得马斯克只是在冒险、在砸钱,他的目标非常清晰,只是现阶段的技术还不成熟,还需要大量投入。

世界确实需要有这样意志坚定的人来推动科技的进步,这些进步最后也会惠及全人类。

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