微生物 发自 地球
曾几何时,人类一度幻想能在月球上看到星罗密布的城市,但天文望远镜的发明使这个幻想不攻自破。而后,我们又把目光转向了自己的近邻火星,它在构造、大小、质量等方面都是太阳系中最接近地球的行星。
当人类发出的航天器发回第一张火星照片后,人类的幻想再一次破灭,火星的表面虽然不像月球那样冰冷,但却一样干燥和荒凉,了无生息。
但随着进一步的了解,地理学家在火星表面发现了古老的流水冲刷痕迹,年代久远的海盆和巨型火山,我们有理由相信,火星上曾经存在过湖泊或海洋。
火星给我们的惊喜远没有停止。
“火星快车号”人造卫星于进入火星轨道,它配备了一个火星地下及电离层高级探测雷达(Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding),近日,这个雷达有了惊人的发现,它在火星的冰盖下探测到了一个巨大的液态湖!
图为火星南极平原,彩色部分是“火星快车号”发现的液态水湖所在地
好吧,那里有水,而水是生命之源。
这个地下液态湖泊约有20公里宽,深度未知。在地球上,也有类似的水域,比如南极洲或英格兰岛的冰层下,也有微生物等生命形态。
火星液态湖中的水与岩石有接触,因此水内会有很多化合物,从理论上说有诞生生命的可能性或曾经诞生过生命。
火星的水从哪里来,又到了哪里去?
要回答这个问题,我们得从地球说起。
我们知道地球上的水是循环的,海洋的水蒸发,通过大气层输送到大陆,成雨水后落到地面,经过地下循环返回海洋,但海洋到底从何而来呢?
这个问题算得上是地理学界的究极命题,目前有两种比较主流的说法:原生说和外来说。
原生派认为,在很久很久以前(35亿年前),宇宙的尘埃云不断凝聚,最终形成了地球,当时的地球还是一片火海,但它自身有的含水基矿物,通过一些脱水作用,将水释放,当地表温度不断下降后,这些气态的水就降落到地面,形成了海洋。
外来派认为,地球上的水来自于两个因素,大量的彗星(直径可达几十千米)落到地面,从而把宇宙的水带到了地球,最终形成了海洋。同时,太阳辐射中的带正电的质子,与地球大气中带负电的电子结合成氢原子,然后再与氧原子化合,从而形成了水分子。
无论哪种说法,其中都存在着很多纰漏和无法解释的细节,导致原始海洋的研究一直以来都处于玄学的状态。
地球上海洋的成因,大概和火星的海洋成因类似,科学家认为,火星的形成要早于地球,大约在45亿年前,火星表面曾存在着一片很大的不明水体,可能占到行星表面积的19%。
这片海洋的水体组成与地球有别,但依然有孕育生命,甚至复杂生命体的可能性。但现如今,火星的海洋早已无影无踪,也给邻星上的居民一种莫名的不安。
海洋消失的原因也是众说纷纭,一种比较可信的理论是火星电磁场的缺失。
地球自身有一个巨大的磁场(地核是个热铁),可以把太阳风粒子规避掉(这也是极光产生的原因)。
由于火星电磁场的缺失,使得太阳风吸走了大量水分,并把空气中的水分子吹到太空。在太阳风多年的“吹拂”下,火星的海洋慢慢消失。
火星移民指南
火星是太阳系内,除地球外,最适宜人类居住的行星,所以火星是学术研究的焦点和外星殖民的候选地之一,但是“最适宜”必须加个引号,因为条件实在太恶劣了:
火星95%的大气是二氧化碳,氧气少于0.4,在地球,这两者的比例是20%和0.04%火星的地表重力只有地球的38%,长时间的微重力对人体健康有害火星的地表平均气温约为零下63°C火星的大气层密度只有地球的0.7,非常稀薄,几乎不能阻挡太阳辐射和宇宙射线火星拥有一个超级稀薄的大气层,人类如果没有任何防护的待在火星表面,内部器官会因为气压差被撕裂。
想要移民火星,就得打造一个生命保障系统,说白了就是能让人活命的全封闭环境。
人类在地球上模拟过很多的封闭生态圈,最有名的应该要算美国的生物圈2号了。
1987年,一堆生物学家、科学家、建筑学家和环境学家聚到一起,打造了一个1.3万平方米,8层楼高的密闭建筑,取名为“生物圈2号”。
生物圈2号内安置了雨林、草原、海洋、农田、荒漠等等,完全是一个微缩世界的模样。同时还带入了4000多个物种,力图达到生态多样性,因为我们知道,物种越单一,整个生态系统倒塌的可能性也就越大。
整个建筑与外界完全隔离,不但门窗进行了严格的密封处理,连地面之下也浇铸了厚达两米的混凝土。1991年,8个人搬了进去,每天自己种植物、喝循环水、呼吸植物产生的氧气,其目的就是看看人类能否在自己建造的生态圈中存活。
初期的封闭生活也不错,成员甚至通过喂养山羊弄出了奶酪,最后还做出了一大盘Pizza。
不过好景不长,各种问题接踵而来,室内二氧化碳浓度大幅波动,导致大气和海水变酸;病虫害失控,蚂蚁飞速增长,用于授粉的蜜蜂却全部死亡,29种颈椎动物也只活了6种。
最要命的是空气中的含氧量从21%降到了14%,这导致8名成员都处在半窒息的状态,时时刻刻都是刚跑完100米赛跑的感觉。
环境的变化加大了生产的难度,8个人每天忙着种地、除虫、清理,食物有限且种类非常单一,经常食不果腹。一名成员在回忆录中写道:
我用自己的粪便给红薯营养,呼出的二氧化碳供红薯发育,然后我几乎每天都吃红薯,这种感觉很奇怪,就好像你在吃自己一样。
生存的艰难也让成员之间出现了分歧,团队分成了两拨,互相基本不说话,他们在2年后离开了这个「隔离区」,之后人们尝试解决先前的问题,但总是按下葫芦浮起瓢...
生态圈2号断断续续大约持续了,算不上特别成功,而它其实更多的是对于地球自然生态系统的模仿,如果进行火星移民,不可能带过去海洋和山羊,需要更极简的生命保障系统。
近年,随着技术的发展,人类已经可以打造以年为单位的封闭舱,5月,为时370天的“月宫一号”封闭试验结束,这是我国自主研发设计的一套系统。
据了解,此次“月宫一号”的系统闭合度达到了98%。
如果一个人需要100公斤食物,有98公斤可以通过这个系统来满足,那么闭合度就是98%。
此次试验,外部还是提供了 一些必要的补给,比如肉食、佐料以及给植物的营养液。
月宫1号
但是,火星的条件更为恶劣,微重力、高辐射、纯粹依靠太阳能或核燃料的生活方式并没有得到验证,更长期的封闭生活对生态系统和人员身心也是极大的挑战。
通过核弹,再造一个地球
就算我们打造出了完美的封闭环境,它的环境承载量依然弱鸡(能装的人很少),想要进行大规模的移民,就必须进行科幻小说和电影中经常提到的“行星级的改造”,即所谓“地球化”。
火星改造的突破口,就是增加大气中的二氧化碳,虽然火星大气中95%都是二氧化碳,但是无奈大气太过稀薄。
关键是气压。
二氧化碳可以给火星带来温室效应,让气候变暖,大气变厚,并让大气压达到人类能够生存的水平。而且,如果温度合适,液态水就能稳定存在,人类的活动范围就能扩大到地表,只要带着氧气瓶,而无需厚重的太空服。
火星的气压,让人类的主体活动范围局限于地下
之后,养殖大量藻类生物,产生氧气,为复杂植物提供可生存条件,而且这些工作不能停止,因为火星缺乏磁场保护,必须不停地补充大气环境。
以人类现在的技术,完全没有能力消除太阳风和太空辐射对大气环境的影响。
但技术是不断进步的,也不能一棒子打死。在众多的技术崇拜者之中,Space X和特斯拉的创始人Elon Musk绝对是其中的佼佼者,他毕生最大的梦想,就是帮助人类移民火星。
马斯克是个梦想家,也是个实干家,他在提出了一个大胆的想法,用核弹让火星变得宜居。
马斯克指出,火星存在大量的二氧化碳储备,通过核爆,可以释放出这些二氧化碳,形成一个新的大气层。
可是,最近《自然·天文学》(Nature Astronomy)的一篇研究彻底将马斯克的美梦击碎。这篇研究指出,就算把火星全部的二氧化碳储量释放,也远不能满足人类的最低居住条件。
目前火星上探明的二氧化碳主要集中在极地冰盖、碳酸盐、近地表和表层土中的储量——这些储量能将火星气压提升10多倍,但也只能达到地球水平的 6.9%。
看来马斯克的计划得另辟蹊径了。
地球是人类摇篮,但它注定不会是文明的边界。
无乱是处于人类DNA中固有的探索精神,还是出于对地球环境破坏,被迫迁徙的考量,地外殖民地都会是人类永远的追求。
火星作为地球的毗邻,是最理想的移民地之一,但按照目前的技术水平,火星移民还属于Science Fiction(科幻小说)中的情形,而且Fiction远远大于Science。
在未来的某一天,我们或许会有离开地球的能力,带上行囊,踏上一片全新的土地。无法想象那是一种怎样的心情,也许我们再也不会在宇宙中找到这么温暖祥和的安居之地了。