近日,我国首辆火星车“祝融号”在火星北半球乌托邦平原探测到古海洋沉积岩层。这不仅为火星上曾有海洋提供了最直接的地下证据,也提示火星或曾宜居。
去年,埃隆·马斯克已提出设想,未来30年内,要在火星上建造一座自给自足的、可容纳百万人口的城市。不过,移民火星,到达只是第一步,接下来还有呼吸、防宇宙辐射、获取食物等生存问题,以及大量心理健康、社会构建,乃至繁衍后代等无穷无尽的问题待解。
所以,离开地球不一定能拯救人类。比起急于寻找逃离之路,解决当下地球面临的种种问题更为紧迫。如果我们无法在地球上创造一个可持续的未来,更难奢望在其他星球获得第二次机会。
■寒潮/编译
气候变暖使极端天气事件不断增加,所引发的连锁反应正在重塑这颗蓝色星球:海洋持续升温、大量物种灭绝、干旱与洪涝交替肆虐……人类唯一家园的宜居性似乎正在降低。
与此同时,通往太空家园的机遇之门似乎正悄然开启。2024年10月,埃隆·马斯克的太空探索技术公司(SpaceX)新一代重型运载火箭“星舰”首次成功验证了“筷子夹火箭”技术——通过发射塔的机械臂在半空中成功捕获回收火箭第一级助推器。这一突破标志着SpaceX在火箭复用上取得重要进展,为未来载人太空探索任务奠定了基础。
不过,这只是马斯克为实现一个更大胆的设想所迈出的第一步。未来30年内,他想在火星上建造一座自给自足的、可容纳百万人口的城市。
定居火星的生活会是怎样的?美国生物学家凯利·韦纳史密斯和漫画家扎克·韦纳史密斯夫妇对此进行了深入探讨。他们花费4年时间研究人类如何定居太空。起初,他们希望为人类未来的太空生活提供一份基本指南。但随着研究的深入,他们对火星移民的可行性产生了怀疑。
火星大气能呼吸吗?
先说说火星这个目的地。火星确实有些吸引人的特质:相对靠近地球、水源充足、昼夜长短与地球相近,且富含支持人类生命所需的化学元素。虽然火星的温度低至-153℃,但相较于太空环境,这个温度并不算极端。而且,火星上某些地方表面温度能达到20℃,这对人类而言非常舒适。SpaceX公司甚至戏谑地表示:“虽然火星上有点冷,但人类总有办法让气候变暖。”
不过,温度只是一个因素而已,火星实际的生存环境与地球差别实在太大。对人类而言,踏上火星如同进入一个可瞬间毙命的“毒气罐”。就空气为例,火星大气主要由二氧化碳构成,占比高达95.3%。这虽然可能对植物“友好”,但人类要是进入这样的气体,分分钟就会窒息而亡,除非穿戴相关防护设备。
更严峻的问题是宇宙辐射。地球稠密的大气层和强大的磁场能有效屏蔽高能辐射对人类的危害。而火星上既缺乏能覆盖整个星球的磁层,大气密度也仅为地球的1%,这使得大部分宇宙辐射可直接抵达火星表面。
宇宙辐射不同于我们通常在地球上感受到的辐射,实际上,我们根本不知道宇宙辐射的影响究竟有多大。因为,即便是生活在环绕地球轨道运行的空间站内的宇航员,很大程度上也受到地球磁场的保护。这意味着,关于宇宙辐射对人类或人类送入太空的其他生命的影响,我们几乎没有相关数据。不过,现有研究普遍认为,长期暴露在高剂量宇宙辐射中,会增加罹患癌症的风险。
那么,当我们要在火星上造房子时,就必须考虑“防辐射”。你或许会幻想,在闪烁着光芒的玻璃穹顶下,宾客们在火星上欢聚一堂,推杯换盏,对着太空数星星。这种情况可能永远不会出现在火星上,因为辐射会穿透玻璃。人类需要的是带有厚重防护屏障的建筑物。研究人员认为,最佳选择就是居住在远古熔岩形成的幽深洞穴中,或者利用火星原生材料建造避难所——简言之,我们得把自己“埋”在火星尘埃里。
是不是埋进土里就安全了?准确来讲,火星上的尘土叫“表岩屑”,虽然看起来与地球沙尘相似,但由于缺乏风化作用,其颗粒边缘往往凹凸不平,甚至锋利无比。长期吸入这种物质,可能会导致人类患上类似矽肺病的呼吸系统损伤疾病。矽肺病是工人在石料加工或建筑施工时因吸入硅尘而引发的疾病,会导致一系列呼吸问题,严重时甚至会致命。此外,火星岩屑中还掺杂着会干扰人体碘代谢的高氯酸盐,长期接触会诱发甲状腺问题,对孕妇和儿童尤为危险。
火星上怎么种粮食?
如何在火星上种出足够多的粮食,也极具挑战,因为我们对于火星的生态系统还知之甚少。
地球和火星的距离最远可达4亿千米,最近也超过5000万千米。经计算轨道周期可知,两大行星每隔780天左右才会短暂靠近,即所谓“会合周期”。这意味着,如果航天器使用化学能动力,完成地火单程飞行需要半年以上。所以,定居者每次至少在火星上停留一年,以等待两颗行星之间的距离足够近的回程“窗口期”。
这一年间,火星移民的食物必须得自给自足。根据火星的自然条件,在火星上种植源自地球的粮食作物不仅需要农业设施,还需要精密的回收利用系统,以此构成一个可自我循环的封闭生态系统。这套闭环回路生命保障技术可被通俗地解释为:在火星或月球等太空环境中,将有限资源进行反复处理与再生,从而源源不断地生产食物、氧气和水,以确保为系统内的人员提供最基本的生存必需品。但迄今为止,人类并不擅长在这样的封闭系统中生活。
20世纪90年代,美国曾在亚利桑那州的沙漠中开展“生物圈2号”微型人工生态循环系统实验项目,8名实验人员在该系统内生活了两年。在这个生物圈内,从圈外输入的只有阳光和当地电网提供的电力。实验进展顺利,没有受试者死亡,但所有人都饿坏了——他们每天从事8至10小时体力劳动,每周劳作五天半,结果女性体重减轻了10%,男性体重减轻了18%。此外,生物圈2号中的二氧化碳含量曾一度飙升,圈内居民们因此遭受了剧烈头痛和不适。
此后,类似实验寥寥无几,同等规模的更是再未开展。直到2014年,我国研究人员成功开展为期105天的“月宫一号”项目。这是中国首项永久性天基生命支持人工封闭生态系统。起初,由于“月宫一号”装置内缺少足够的植物来吸收3名男性受试者呼出的二氧化碳,导致二氧化碳浓度波动剧烈,系统内生存环境并不理想。后来,当其中2名男性被替换为女性后,二氧化碳浓度稳定在较低水平,空气质量也有所改善。
“月宫一号”在不少方面取得了成功。例如,受试者能够百分百地回收利用水。此外,在饮食方面,装置内种出来的食物占到了“月宫”受试者摄入食物的78%。
值得一提的是,该装置还充分利用了一种通常被建议用于太空定居点的蛋白质来源——昆虫。昆虫繁殖速度快、不占空间、以食物残渣为食,而且蛋白质含量高。研究人员建议使用的昆虫包括蟋蟀、蚕、黄粉虫、天蛾、药材甲、白蚁和苍蝇。“月宫一号”受试者使用了黄粉虫。经过调味,他们对黄粉虫的评价相当不错。不过,人们能否接受长期食用昆虫,这点仍然存疑。
在火星上会抑郁吗?
即使生存问题得到解决,火星移民仍需面对社会与心理挑战。在“生物圈2号”实验中,受试者之间的关系一度非常紧张,甚至发生了互相吐口水的情况。而且,这场冲突发生在一个1.2万平方米的设施中,与早期的太空前哨基地相比,“生物圈2号”可能已经相当宽敞了。此外,二氧化碳浓度过高导致的头疼、体内热量流失、人际冲突等问题不时出现,致使部分受试者在试验早期就开始寻求心理援助。
对于火星移民来说,情况只会更糟。地球和火星之间的遥远距离意味着两地单程通信的延迟时间在4—24分钟之间。“生物圈2号”的受试者尚可通过与家人、朋友和心理专家实时通话来克服心理压力,但在火星上,人类几乎只能靠自己。
此外,定居外太空将面临的身体健康问题同样不容忽视。哪怕身处地下掩体,在免受宇宙辐射和岩屑威胁的情况下,人类依然可能遇到多重严重的健康风险。火星的重力仅为地球的40%,在这种条件下长期生活,究竟会对人体健康造成怎样的影响,我们还知之甚少。40%的重力是否足以防止骨质流失、肌肉萎缩和视力下降?或许,再结合额外的锻炼和药物干预,能够一定程度上缓解这些问题。但是设想一下,在完成自给自足所需的繁重劳动、避开其他同住人可能的飞沫攻击、吃完黄粉虫饼干、喝下循环利用的尿液,经历如此漫长而艰难的一天后,又有多少人还愿意爬上健身自行车?
从已有相关研究项目中,我们汲取到了不少经验教训。不过,在马斯克设想的100万人踏上火星之前,我们需要掌握更多可靠的数据。
火星上能生儿育女吗?
对有意定居外太空的人而言,更值得担忧的是,我们目前掌握的所有人体太空生存数据,仅限于在太空生活了一年半或更短时间的成年人。而一座能够自给自足的太空城市,必然需要具备繁衍后代的能力。
那么,受孕、怀孕、分娩、婴幼儿生长发育等整个过程,都能够在火星环境下顺利进行吗?显然,我们对这些问题几乎一无所知。关于非人类动物在太空中繁殖的研究极为有限,且主要依赖空间站实验,而空间站的辐射水平与重力条件均与火星截然不同。
要科学评估在火星上孕育生命的风险,需要长期的生物学研究,马斯克的火星移民计划显然没有充分考虑这一点。当然,忽视这一问题的并非马斯克一人。例如,有人辩称,地球上许多女性在恶劣环境下依然能够顺利分娩,甚至无需医疗干预,以此暗示火星上生育或许也不会成为大问题。然而,这种观点不仅忽略了许多女性因缺乏医疗护理而丧生的现实,更无法使之成为在另一个星球沿用同样做法的正当理由。
这是不是意味着,面对任何前往火星的邀请,人们都应该礼貌而坚定地拒绝?事实或许并非如此。只不过,火星移民将是一个漫长而艰难的过程。成功的太空移民必须建立在庞大的数据支撑之上,而这些涉及人体生理与心理的数据极难获取,因为太空环境本质上是人类在进化过程中从未适应过的陌生领域。
此外,移居火星还涉及太空法律、国际关系,以及在连可呼吸空气都需精确配给的条件下,如何构建稳定的社会结构等诸多问题。随着航天技术的发展和实验数据的积累,如何负责任地推进地外探索,将成为一个不容忽视的议题。
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