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通往火星之路还有多远? "十步走"计划步步震撼

http://www.kexue.com 2013-06-07 10:54:40 人民网  发表评论

  近日,“移民火星”计划引起了全球的普遍关注和广泛议论。

  虽然这一计划从开始便像天方夜谭,到现在更像是坑人的陷阱,但全球报名的热度还是反映出人类具有浓厚的“火星情结”。

  一颗神秘的星球,为何会吸引全球的关注?登陆火星的梦想背后,有着怎样的人文驱动?探索火星,对于我们的生命观、世界观、宇宙观又将产生什么样的影响?

  为此,著名科普作家卞毓麟从科技的角度为读者“解密”火星。

  ——人类为什么要探索火星?——

  再也没有别的行星像火星那样酷似地球了

  虽然“移民火星”计划看起来很不靠谱,但公众报名之踊跃确实有些出人意料。为什么人们对火星的兴趣这么大?人类为什么要探索火星?

  “这个问题令我想起500多年前的哥伦布,他曾以为横越一望无际的大西洋就能到达印度。虽然结果并非如此,他却发现了‘新大陆’。”卞毓麟解释说,在500多年后的今天,火星就成了人类新的“新大陆”。现在,美洲大陆早已住满了人,就连南极大陆的冰原也在一天天热闹起来。地球上再也没有任何人类足迹不能抵达的大陆了。

  天文学家开始把目光转向地球之外,首先考虑的是月球。月球距离地球不过384—400千米。 20世纪中叶至今的人类活动中,开发月球占据着显赫的一席。

  早在20世纪60年代,“阿波罗号”宇航员就已登上月球,美苏为首掀起了探月高潮。为什么不继续更有效地开发、利用这块“新大陆”?

  卞毓麟说,因为探测发现,尽管月球有丰富的资源和能源,但月球表面没有任何大气,是超高真空状态。月球上没有声音,也没有生命,是一个死寂的世界。人类需要再往远处看。

  在太阳系中,金星和火星是地球的近邻。金星上的环境条件过于严酷,表面温度超过450℃,异常浓密的大气中充盈着硫酸液滴,探测和开发的难度很大。只有火星,有望成为继月球之后人类的又一块“新大陆”。

  火星的地壳板块运动不剧烈,所以不会发生大地震

  很多人并不知道火星是太阳系中与地球最相似的行星。

  “顺着太阳从里往外数,地球是第三颗行星,火星排第四。它的直径是地球的一半,其一昼夜仅比地球上的一昼夜稍长一点,约多出37分钟。”卞毓麟说,另外,像地球一样,火星上有大气,有水(已经发现了水冰,以及湖盆和河道的遗迹),这提供了生物生存的条件。火星和地球一样,绕着太阳“转圈”,与地球最近时,是5500万公里,最远达4亿公里,这在天文尺度上是很近的距离。火星上有太阳系最高的山,高27公里,是珠穆朗玛峰的3倍。与地球不同的是,火星的地壳板块运动不剧烈,所以这颗行星上面不会发生大地震。

  随着对火星的了解与日俱增,人们越来越觉得它仿佛就是一个小型的地球。就许多方面而言,再也没有别的行星像火星那样酷似地球了。而火星和地球越是相像,天文学家就对它越是关心,社会公众对它的兴趣也就越大。

  ——通向火星我们该怎么做?——

  “十步走”,步步震撼

  按照“移民火星”计划,2023年将把第一批人类送往火星。从一开始人们就质疑,这张时间表是不是太快了?对此,卞毓麟说,我国估计有望在2030年前对火星进行无人着陆探测并采样返回。而按照各国航天机构的初步打算,宇航员“登火”大约将从本世纪30年代开始实施。

  卞毓麟解释说,人类飞向火星、甚至定居火星是一个极其漫长坎坷的过程,我把它概括为“十步走”,每实现一步都是了不起的科技飞跃。

  第一步是“肉眼观天”。古代人很早就注意到了火星。火星看起来是天穹上的一个小亮点,它那暗红的颜色很容易使人联想到铁和血,所以古代西方人就把它和战争之神联系起来。火星在国际上通称“马尔斯”,这正是古罗马神话中战神的名字。

  到17世纪初,天文望远镜诞生了。人类在望远镜中观察到了火星。但由于地球大气和火星大气的双重干扰,无论用多大的望远镜观测火星,终究只是“雾里看花”。所以,人类迈出了第三步——“近距离侦察”。 1965年,火星探测器“水手”4号、 6号和7号相继飞掠火星。它们匆匆拍摄了200多幅火星照片,便一去不复返了。

  让探测器环绕火星运行,对火星进行长时间的观测,这是第四步。1971年11月,“水手9号”进入环绕火星转动的轨道,成为火星的第一颗人造卫星。它拍摄的照片清晰地表明:火星上有大量酷似干涸河床的特征,但并不存在人工开凿的“运河”。

  而人类通往火星的第五步就是“登陆火星”。 1976年7月和9月,两艘“海盗号”飞船的着陆器相继登上火星,在火星表面拍照、采集土壤和岩石样品、进行实验分析,使人们对火星的了解又前进了一大步。

  但是,“海盗号”探测器没有机动能力,只能停留在原地工作。 1997年7月,“火星探路者号”探测器将人类的第一辆火星车“旅居者”送上火星。它完成了人类通向火星之路的第六步——“火星漫游”。

  ——大规模移民火星,需要怎样的科技支撑?——

  建一个可供成千上万人栖息的“火星移民点”

  目前,人们最熟悉、最近发射的火星探测器应该是“好奇号”。卞毓麟说,去年8月“好奇号”成功降落在火星表面,展开为期两年的火星探测任务。但是到目前为止,所有的火星探测器都没有实现返航。我们对火星的土壤和岩石样品所进行的分析,都是由小型的自动化仪器在火星上就地完成的。人们早就想把火星样品拿回地球,由各国科学家通力合作进行“会诊”。这一愿望就是我们尚未实现的第七步,也许会在未来10年中成为现实。

  什么时候人类才能亲自登上火星?

  卞毓麟说,这就是更重要、更困难的第八步。一次完整的载人火星飞行,从“粮草先行”到宇航员安全返回地球,需要好几年。科学家们预期,在未来30年内,第一批宇航员会光临火星。

  从少数宇航员“登火”到大规模地移民火星,需要怎样的科技支撑?

  卞毓麟说,人类必须要在火星上建立功能越来越齐全的火星基地——这是第九步。这种基地起先是供少数宇航员工作和生活的小型实验室和宿舍,后来逐步发展起一个个可供成千上万人栖息的“火星移民点”。每个火星基地和移民点,都必须专门用人工方法营造一个局部的生活环境。

  ——火星能否改造成适宜人类生存的又一块新大陆?——

  改造火星的先决条件保证地球本身适宜人类和其他生物很好生存下去

  能否从根本上把整个火星改造成适宜人类生存的又一块新大陆?

  对此,卞毓麟说,这就是人类移居火星的最后一步——“火星地球化”。科学家们有不少大胆设想。例如,用二氧化碳、氯氟烃与氨共同产生的温室效应,将火星表面的温度提高到接近冰点,逐步引进各种微生物和动植物。这时大气中的水蒸气、由遗传工程改造过的植物产生的氧气,以及表面环境的微观调控,都将使温度进一步上升,变得对地球生命更为友善。这样,火星整体环境会逐渐变得适宜于人类,直到人类不依靠保护装置就能定居。

  “当然,只有对火星的了解远比今天更充分时,人类才能既负责任又有把握地改造它的环境。衡量人类是否有资格使其他天体地球化的重要指标,是能不能首先把自己的世界管好。改造火星的先决条件是保证地球本身适宜于人类和其他生物很好地生存下去。”卞毓麟说。

  ■ 延伸阅读

  火星之旅最大挑战是辐射

  火星科学实验室中的辐射评估探测器(RAD)在“好奇号”飞往火星的行星际旅行中收集的数据发表在5月31日一期的《科学》周刊上。这些数据为美国航天局早已使用的辐射预测模型提供了实验验证。

  在使用现有推进系统的情况下,飞往这颗红色行星的5.6亿公里旅程历时253天。根据RAD记录的辐射量,这段时间会使宇航员所受辐射水平超过可以接受的范围。

  该报告主要作者卡里·蔡特林在媒体声明中说:“就累积剂量而言,这相当于每隔五六天就接受一次全身CT扫描。”

  在火星之旅中,“好奇”号平均每天受到的银河宇宙射线辐射量为1.8毫希沃特。银河宇宙射线是来自太阳系外的粒子,能造成慢性低剂量辐射。

  研究发现,如果一个人一生中所受辐射剂量达到1000毫希沃特,患癌风险将增加5%。美国航天局规定,宇航员的患癌风险升幅不得超过3%。

  不过,有专家认为,这个风险是可以控制的。新的材料可以改进对宇宙和太阳辐射的防护,宇航员可以根据他们对辐射危害的遗传抗性来挑选,因为辐射危害是通过损害DNA来增加患癌风险的。(曹静)

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