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火星地下存在“洞穴世界”,疑是基地选址,移民火星还有多远?

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本文参加百家号#科学了不起#系列征文

笔者东邪

从上世纪七十年代开始,美国和苏联都探索火星上展开了竞赛,从而拉开了人类探索火星的序幕。时过境迁,苏联已在90年代初解体,之后的火星探索局面就长期被美国独占。去年夏天,有两个新面孔出现在火星探索领域,他们就是中国和以色列。中国和以色列在去年夏天利用窗口期发射了火星探测器“天问一号”和“希望号”,引起了世界的关注。

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同一时期美国宇航局也发射了新一代火星车“毅力号”,三个国家在同一年里都发射了火星探测器,让不少媒体认为和平时代的太空竞赛开始了。与此同时,还有人对探索火星存有疑惑,经过几十年的探测,火星环境明明不适合居住,至今也没有发现生物的痕迹,为什么还要继续探测火星呢?

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其实大多数人看到更多的是火星的局限性,而科学家看到更多的是火星的可能性,这也是人类一直坚持探测火星的原因。那么大多数人看到了哪些局限性?科学家又看到了哪些可能性呢?

火星上真的没有液态水吗?

说到火星,大家的第一印象就是“外星荒漠”,这是火星表面呈现给人类的样子。它的表面分布了许多岩石、沙尘、陨石坑和山丘,没有一处地方是绿色的,也没有一处地方是蓝色的。经过探测,火星的大气和土壤中并不存在纯粹的液态水,这让许多人开始对火星下定义:火星上完全没有液态水,这是一颗不适合移民的星球。

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但从广义的角度来看,火星上存在水,只不过目前以非液态的形式存在着。首先是火星表面的一些陨石坑,那里由于受到太阳光照射的可能性比较小,经常处于低温状态,因此那里可能存在混合冰。其次是火星的极地地区,火星探测器已经拍摄到火星的两极都存在较大面积的冰雪区域,那里之所以存在冰雪区域,很大程度上是因为无法接收到太阳光的照射。

科学家通过探测器的特殊成像图发现,火星北极地区的地下可能存在至少三个液态湖泊。而且这些湖泊里的矿物质含量很高,反而适合一些自养微生物的生存。以上的发现说明火星并非完全一点水分都没有,普通人看到的是火星没有像地球这样可以直接利用的液态水,而科学家看到的是那些可以转化利用的混合冰或地下卤水湖泊。

除了液态水,这些环境问题也很棘手

火星的环境问题不仅仅在于液态水,其他方面的问题也十分棘手。首先是火星的磁场问题,经研究,火星过去是存在磁场的,它的磁场主要来自表面磁化的地壳。但在大约39亿年前,火星地壳的磁化作用就消失了,至于消失的原因是什么,目前还没有明确的结论。那么磁场发挥什么作用呢?

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在地球上,磁场主要发挥保护和引导的作用。保护作用体现在促成大气层的形成并维持大气层的稳定,而大气层能够阻挡许多宇宙辐射。引导作用体现在能为自然生物提供方向引导,同时也为人类的通讯和定位提供引导。失去了磁场,火星的大气层开始崩溃,导致宇宙辐射大量施加在火星表面,使得火星表面长期存在过量辐射,任何生命都很难在这种环境下生存。

其次是火星的温差问题,这个问题同样是没有大气层的存在引起的。地球大气层的一个重要作用就是把氧气、氮气和其他温室气体都局限在一个范围内,其中的温室气体在白天吸收太阳光的热量,晚上又将这些热量返回到地面上,从而起到保温的作用,保证各地区的昼夜温差不至于太大。然而经探测,火星的昼夜温差可达到93摄氏度。

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白天火星的气温可能是合适的21摄氏度,但到了晚上气温就骤降到零下70多摄氏度,而且这并不是火星的高纬度区域才会出现的问题,是整个火星都存在昼夜温差极大的问题。显然,任何宏观地球生物都无法在这样的环境中生存,这也是大多数人不看好火星的其中一点。

再次,火星表面还有凶猛的沙尘暴。地球上的沙尘暴通常发生在局部区域,例如沙漠、荒漠或靠近这些荒漠的地区,而且持续的时间通常不会超过一个月。但火星上的沙尘暴着实可怕,它不仅是全球性的,而且持续时间经常超过一个月。这意味着,只要火星表面有一个地方出现沙尘暴,那么很快全球都会笼罩在沙尘暴之中,而且持续时间长达一个月甚至更久。

如何改造火星?

以上就是目前火星自然环境存在的一些主要棘手问题,如果人类未来想要实现火星移民,那么前提是解决这些问题造成的影响。实际上早在上世纪末期就有科学家提出了“改造火星”的想法,根据火星上存在的种种问题进行针对性的改造。在液态水问题上,科学家们将目光集中到火星地下空间和两极地区。

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SPACEX公司的创始人马斯克是火星移民的推崇者,他曾扬言要在2030年建成第一座火星城市。为了解决火星液态水问题,马斯克提出了一个骇人听闻的解决方案,即在火星的极地地区引爆核弹,利用核弹爆发所产生的能量融化极地的冰雪,从而人为创造河流和湖泊。有人认为这种想法疯狂且不现实,但也有人认为这不失为一个方法。

除了要解决液态水的问题,人类还需要解决在火星上的磁场问题。显然,以人类目前以及未来的发展水平,是不可能让火星重新恢复磁场,因此我们应该找到一个类似避难所的地方来规避缺乏磁场所引起的负面影响。曾有科学家提出建造一个仿造大气层的圆顶基地,圆顶上可以放置太阳能电池板,同时还能放置吸收宇宙辐射的板块,基地内还有自动调节温度的功能。

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这样的火星基地听起来确实很理想,但如果发生全球性沙尘暴,那么基地很可能出现供能中断的情况,甚至还可能出现基地被连根拔起的可能,因为火星上的沙尘暴速度达到每秒钟180多米,而人为定义的12级台风的速度也只有每秒钟33米。12级台风足以将任何非建筑物都刮走,六倍于12级台风的沙尘暴很可能直接摧毁建筑物。

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另一方面,火星还是一颗可能遭遇小天体撞击的行星,这一点从它表面的陨石坑分布就可以看得出来。如果真有小行星撞击火星,人造圆顶基地是不可能承受住撞击所产生冲击力的,由此可见地面建筑还不是最合适的选择,因此有科学家提出在火星地下建造基地。

相比之下,地下熔岩管道有何优势?

2014年,美国宇航局的火星轨道探测器在火星的帕孟妮斯火山的周围发现了一些朝天的“窗口”,窗口里面一片黑暗。后来经过探测,窗口下是一条深邃的通道,深度可能达到115米,直径大约有35米,经过确认这条通道是自然形成的熔岩通道。所谓的熔岩通道,指的是火山喷发的熔岩在地下形成流通管道,然后熔岩的外层岩浆先冷却凝固,使得内部的熔浆能持续流动。

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等到火山爆发停止后,地下熔岩逐渐消失,但是通道已经形成了。地球上也存在地下熔岩通道,形成原理和火星熔岩通道相似,但地球的熔岩通道通常只有一两米的直径,而火星的熔岩通道直径竟然可以达到30多米。更重要的是,熔岩通道的洞壁是由玄武岩组成,这种岩石具有十分坚固牢靠的特性。

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如果该熔岩通道已经形成了几千万年甚至更久,那么它的坚实程度已经经受了考验,这样的自然场所是人类未来建造移民基地的合适地点。因此在发现火星地下熔岩管道后,有科学家提议让火星车进入熔岩管道进行深入探测,或许那里将成为未来人类赖以生存的地下空间。

哪些生物可能是第一批改造火星环境的“开拓者”?

改造火星环境的前提是找到合适且稳定的住所,目前看来地下熔岩管道是不错的选择。住所确定后,改造工作还必须靠人类和一些自然生物,科学家认为利用机器装置创造氧气和改变土壤的成本比较高,可以考虑利用地球生物去改造火星环境,例如微生物中的藻类植物以及软体动物中的蚯蚓。

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藻类植物的作用是创造氧气环境,蚯蚓的作用是疏通土壤结构,给火星土壤创造有机环境。这些生物一开始还只能在人类建造的基地中生存,但它们在基地中站稳脚跟后,可以考虑扩展它们的生存空间,让它们去到没有人类保护的地方生存。如果这些计划最后都成功了,那么人类移民火星就指日可待了。

火星地下存在“洞穴世界”,疑是基地选址,移民火星还有多远?

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