火星改造计划

编者按：早在2015年，马斯克就提出了“火星移民方案”，这让许多人感到难以幻想。 按照他的方案，准备将全球最优秀的10万精英送到火星，并在火星外表或许地下树立永久社区，单人次成本控制在200万美金以内。关于改造火星，马斯克说，他有一个主意，怎么使火星适合寓居。据马斯克说，有或许在"红色星球"的南北极引爆强大的热核武器，这将导致冰川融化，水分蒸发，并终究构成一个适合的大气层。马斯克的办法可行吗？本文进行了具体的剖析，原文标题Should We Terraform Mars? Let’s Recap，作者BRIAN GALLAGHER。

马斯克迟早会陷入一场关于火星是否能被改造成地球网络争论，这是不可避免的。他在2018年7月承受《商业周刊》采访时说：当你在网上时，你就处于“网友们的战役地带”。“因而，假如你进犯我，我也能够反击。”

马斯克是SpaceX公司的CEO和首席设计官，他期望 “让生命生活在多个星球”，首要是火星。他曾在推特上说：“大众的支持，对实现将生命带上火星上这一目标至关重要。这颗红色星球离地球相对较近，火星地表曾经有海洋和河流，并且它仍然有冰和地表下的湖泊。气候也是可行的，火星的地表温度规模（-285至88华氏度）与地球的（-126至138华氏度）相差不大。问题在于火星的大气层现在有0.006巴的压力，而1巴是地球海平面的规范大气压力。这不只意味着风险的宇宙辐射会不受控制地到达火星地表，并且人类需求至少0.063巴的压力来坚持咱们的身体液体不欢腾（这被称为阿姆斯特朗极限）。

关于地势改造：改动一个星球的气候、地势或生态，使之更适合生命的开展。假如咱们能够将火星的大气压力提高到珠穆朗玛峰峰顶的压力（0.337巴）以上，咱们就能够在火星外表行走，只需求一个呼吸面罩，不需求加压的太空服。这或许被称为 “弱地球化”，不能让植物在温室外的土壤中生长。

甜美的火星家乡，艺术家的渲染图，前期的火星环境与今日的火星比较或许是什么样的。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心

为此，需求许多的氮气，比科学家迄今在火星外表发现的还要多，而这也不能让咱们能够直接呼吸火星的空气。但马斯克以为，至少弱地球化的改造是或许的。事实上，他在2016年墨西哥举办的世界宇航大会上告知观众，“假如咱们能让火星变暖，火星将再次具有厚厚的大气层和液体海洋。”

但这是真的吗？

不太或许。根据美国宇航局火星大气和挥发性演化（MAVEN）航天器的首席调查员、科罗拉多大学博尔德分校的空间科学家布鲁斯·雅科斯基的观点，他说，在马斯克的部分推动下，火星地球化改造越来越受欢迎，这说服了他和搭档地质学家克里斯托弗·爱德华兹，来衡量它是否可行。他们的答案是：NO， “以今日的技能是不或许的”。2018年7月发表于《天然·天文学》的论文中，他们直接提到了马斯克，否定了他经过核爆火星的极地冰盖来进行地球化改造的主意。他们以为，所开释的冷冻二氧化碳量不足以引起失控的温室效应。尔后不久，《发现》杂志在一条推特上@了马斯克。“对不住，埃隆。没有满足的二氧化碳来改造火星”。

所以马斯克进行了反击。“火星上有许多的二氧化碳被吸附在土壤中，加热后就会开释出来。”他回复《发现》杂志的推特说。“经过人工或天然（太阳）核聚变取得满足的能量，你能够对简直任何大型岩体进行地球化改造。” 第二天在推特上，马斯克两次回复了《发现》的推特，发表谈论。首要，他在推特上写道，部分内容如下 “哦，是吗？我向你引荐克里斯·麦凯（Chris McKay） @NASA”。三分钟后，又回复了：“科学 ”之后是一个表情符号心脏、显微镜、流星，以及McKay 1993年合著的一篇论文的链接，题为《改造火星的技能要求》。

假如火星大气中现已有75%的二氧化碳丢失到太空中，那么简直没有任何二氧化碳被储存在离地表满足近的当地，以便人类能够调集它。

为什么马斯克相信NASA艾姆斯研讨中心的行星科学家麦凯，而不是其他专家？我问麦凯，他是否看过雅科斯基和爱德华兹的《天然·天文学》论文。该论文指出，自2014年以来MAVEN和火星快车航天器现已实时观察到火星失去了部分大气层，火星侦察轨道器和火星奥德赛航天器现已剖析了 “含碳矿藏的丰度和极地冰中二氧化碳的呈现”。他们说，这些新的数据点标明，首要，火星古代厚重的大气层大部分现已丢失到太空中，而不是转移回地表下仍未探测到的浅层二氧化碳库中；其次，不管地上上留下多少二氧化碳，它都 “无法获取，因而不能轻易调集”到大气中。

“我知道这篇论文。”麦凯说，“他们是正确的，确实，地球化改造的关键问题是火星上的CO2、N2和H2O的数量。不幸的是，目前没有什么新东西能够解决这个问题。” 在麦凯看来，雅科斯基和爱德华兹所指的新数据还不够好。

麦凯让我留意他与两位搭档欧文·图恩和詹姆斯·卡斯廷于1991年在《天然》杂志上编撰的一篇论文，题为 “使火星适合寓居”。他告知我，他当时得出的定论：关于火星上二氧化碳、水和氮的数量和分布是不清楚的，今日仍然如此。“咱们对地表以下的二氧化碳数量仍然十分不确定。咱们没有很好的数据，将需求深入钻探才干得到。” 他说，雅科斯基和爱德华兹近期否定地球化的定论是 “不成熟的”。

持这种观点的并不只有他一个人。还有罗伯特·祖布林（Robert Zubrin），他是1993年地球化改造论文的一起作者。祖布林是一名航天工程师、作家和火星协会的开创主席，该协会是一个倡议火星地球化的非营利组织。祖布林告知NBC新闻，在火星树立文明将 “添加地球上人类文化的力气和生机”。他还以为，火星应该是美国宇航局太空方案的目标。

我问祖布林，他是怎么看待雅科斯基的：他 “不只假装有他没有的知识，并且与已知的数据彻底相悖”。例如，雅科斯基在他的《天然·天文学》论文中强调的结果标明，古代火星大气中至少75%的二氧化碳（0.5巴的二氧化碳）在数十亿年前飘走了，或许是被太阳风和极端紫外线等因素赶走了。假如火星至少有75%的大气中的二氧化碳丢失到了太空中，根据雅科斯基的说法，那么这意味着简直没有任何前期的厚重大气（相当于不到一巴）被储存在离地表满足近的当地，以便人类能够调集它。“显然，雅科斯基写道，“一旦气体丢失到太空中，它就不能再被调集回大气层了。” 对他们来说，这使得火星地表只剩下微不足道的可利用二氧化碳：0.020巴。

雅科斯基用以下方法计算了这75%的丢失：假定今日观察到的太阳风和紫外线活动过去也在，但强度更大（根据类似太阳的恒星观察太阳的前史，他以为这是存在的）。然后，把今日火星大气中的碳13和碳12的份额，与地上上的碳13和碳12的份额进行比较。由于大气中较重的同位素倾向于留在周围，而较轻的同位素则会飞走，因而大气中二氧化碳富含较重同位素的程度将与地上上的碳不同。雅科斯基和爱德华兹写道，这种差异标明，至少四分之三的火星大气中的二氧化碳现已消失，“丢失到太空中是古代二氧化碳温室大气的主要进程”。这与祖布林和麦凯支持的观点相反，即另一个进程或许将二氧化碳从大气中移除，但将其保留在这个星球上：要么吸附在土壤中，冻结为二氧化碳冰，要么被锁在含碳的矿藏中。

正在收集数据的猎奇号火星探测器。

在祖布林和麦凯看来，这便是雅科斯基的观点似乎与已知数据相矛盾的当地。祖布林和麦凯告知我，0.5巴的大气二氧化碳丢失是一个公平（即使不准确）的评价。麦凯说：“对于他们是否真的在丈量二氧化碳丢失，或只是氧气丢失，存在一些争议。” 祖布林说：“这种说法是有争议的，但论文会经过，由于至少在这种情况下，雅科斯基是根据数据进行证明的”。他们不同意的是雅科斯基的碳同位素剖析，祖布林说，0.5巴的大气二氧化碳丢失不或许代表火星原始大气总量的75%或更多，由于根据古代火星上液态水的现有数据，火星上一定有至少2巴的二氧化碳笼罩着这个星球。假如是这样的话，与雅科斯基的说法相反，在某处的浅层地上沉积物中会有远远超越1巴的二氧化碳，假如这些二氧化碳开释，足以引发失控的温室效应。

另外，祖布林指出，科学家们不知道这个火星开端的碳12和碳13的份额是多少，雅科斯基在他的论文中或多或少承认了这一点。（他从火星陨石中推断出古代火星的份额。）最重要的是，雅科斯基“不知道地下土壤中的碳12和碳13份额是什么”，祖布林补充说。“它或许与大气中的比率十分不同，由于假如大部分的二氧化碳被固定在风化层中（掩盖在基岩上的那层未凝固的岩石材料）数十亿年前，当大部分大气层消失在太空中时，这两个库将留下彻底不同的内容。” 麦凯此表明赞同。

例如，火星南极的冰盖是一个藏有孤立矿藏的区域。麦凯说，这些都没有得到很好的理解，也没有彻底确定其规模。他指出，在2016年的一项研讨中，科学家们利用火星勘察轨道飞行器上的浅层雷达仪器，对该地区进行了长途测绘，并发现地下有满足的二氧化碳冰，假如被汽化，可测绘火星的大气压力翻倍，到达0.012巴。

当然，这远远不足以让人类在没有增压服的情况下在火星上行走。必须找到更多能开释到大气中的二氧化碳沉积物。麦凯说，南极的沉积物 ”相对年轻“。”可是陈旧的、更深的沉积物或许存在。“ 对他来说，来自MAVEN和火星快车的结果是 “加分项”，由于 “简直一切的气候模型都标明，前期的火星在其前史前期一定有不同的二氧化碳”，他说：“因而，在埋藏了数十亿年的浅层地上沉积物中，一定还有一些留在那里”。

幻想一下，在1890年，有人在火星上估计地球上的石油储量，却从未在那里钻过井。

我把这个问题告知了雅科斯基。他回答说，他以为简直没有二氧化碳（大约相当于0.020巴）留在地表或接近地表的当地能够被汽化。这一估计既是根据他的大气二氧化碳丢失剖析，也是根据人类现已探测到了10厘米的深度，没有发现许多 CO2 的事实。也没有暴露在其他：碰击坑和巨大的海沟，如火星大峡谷（Valles Marineris）。这两种类型的外表特征显示了不同深度的地壳层。

因而，二氧化碳一定埋藏在更深的当地，在难以触及的当地。“你必须对你看不到的东西做出假定。”雅科斯基告知我。火星上或许还有许多被埋藏的 “深层碳酸盐”二氧化碳，但却无法触及。他和爱德华兹写道：“虽然对碳酸盐矿床的数量没有正式的评价，但咱们总是能够争辩说，它们或许封存在咱们没有或无法观察到的当地，很难或不或许用于地球化改造。”

麦凯从同样的信息中得到的启示没那么失望，也不那么确凿。“不幸的是，在过去的20年里，咱们对火星的次表层了解不多，需求更多数据。”他告知我。“这个星球有地球陆地那么大，各个当地的差异十分大。” 祖布林让我幻想一下1890年火星上的某个人，在没有在钻探过的情况下估计地球的石油储备。他说：“这便是雅科斯基所作的工作。这很荒谬，很荒诞。”

假如雅科斯基是错的，并且火星上确实有咱们能够获取的多个当量的埋藏的二氧化碳，咱们就有或许敏捷对火星进行改造。“从咱们的温室气体排放使地球变暖的速度来看，咱们能够在100年内将火星转变为一个温暖的气候状况。”麦凯解释道，“最有效的技能将是生产超级温室气体，如氯氟烃或更好的全氟化合物，它们没有毒性，不干扰臭氧层的开展，并能抵抗太阳紫外线辐射的损坏。猎奇号现已证明火星上的岩石中存在氟，所以成分都在那里。”

在2001年的一篇论文中，麦凯和航空工程师Margarita Marinova（现在是SpaceX 公司的高档火星和飞行器系统开发工程师）写道：需求4x1020儒勒的数量，相当于大约75分钟的火星阳光，才干产生满足的[全氟碳化物]，使火星的温度提高大约9华氏度。这相当于250个耗费500兆瓦（小型核反应堆巨细）的设备工作100年。除了提供殖民地的其他需求（如农业）的人之外，还将需求许多的人为这些设备装备工作人员。祖布林以为，需求50万到100万人来开端许多的火星地球化改造。

不管咱们是否能对火星进行地球化改造，看起来咱们很快就会登上火星。马斯克有一个方案，利用SpaceX的星际飞船把咱们带到那里。其中几艘在着陆后，将构成 “火星阿尔法基地”。在澳大利亚，他向观众展示了这一方案，同时还展示了描绘基地成长为一个乡镇，然后是一个城市的图片。他说，终究，火星的新居民将对火星进行地势改造。火星将成为“一个不错的当地”。