人类迈向未来的下一站,就是火星。
/整体改造,痴人说梦
火星的全球化改造是个美好的设想,但它是不可能实现的。结合此前所有的探测器研究成果,火星的基本情况并不乐观:火星体积小,质量小,引力小,带来的直接后果是散热过快,很快失去了内部能量,这导致行星内部重要的“发电机”停止工作,进而磁场逐渐消失。没有全球性磁场的后果非常可怕,太阳风缓慢将大气剥离,导致目前的火星大气只有地球大气1%的气压。且火星地质活动已经极其微弱,几乎没有板块运动,大气成分也缺少足够来源补充,大气的流失也陷入了不可逆的过程,人类基本要放弃对它的整体改造。
/封闭基地,势在必行
目前来看,火星封闭基地方案已经是各国必然选择的方案。相比较不现实也不可行的火星整体改造方案,选择基地方案显然是唯一的选择,它的最大优势在于:全封闭,能完全产生跟地球一样气压、温度、湿度、光照等条件,不必受火星外部恶劣环境影响。
选址可以在北极和赤道之间的大平原地区,地势较好。这里水分含量较高(超过3%且靠近北极冰盖),北极夏季时火星处于远日点因此夏季很长,白天温度可以达到20度。火星北半球富含火山岩而拥有足够建筑材料,奥林帕斯山和众多高山附近由于长期火山喷发,带来的材料也将是宝贵财富。火星重力低、土壤材料合适、地质条件稳定且风力低(风速快但大气密度低,风的能量并不高),建造大型的地表建筑并不困难。
采用半地下方式,可以实现最佳环境保温、规避空间辐射,最大限度利用挖出的建筑材料、距离地下矿产水源等资源更近等。建筑附近的地表可以开发成巨大的太阳能光田、核电基地、火箭发射场等。总体上将人类需要活动的区域集成化,也将人类活动可能产生的风险(例如火箭发射爆炸)与生活区隔离开来,最大限度提高空间和资源利用效率。
地下基地无疑是火星生活的最优方案 / NASA
/民以食为天
在实际生存中,民以食为天。在火星上几乎不可能依赖天然的太阳光作为植物能量来源,例如一次持续全火星数月的沙尘暴可能长期阻止绝大部分太阳光直达火星表面,形成全球性的危机,火星基地的近乎密闭方式也不可能允许自然光照明甚至发展农业。
因而,火星基地中农业植物的能量必须来自人造光源,光源能量可以来自火星表面太阳能光田提前存储的太阳能,抑或是来自核电、地热(如果还有)、化学燃料等。每一种植物都有自己偏好的电磁波频段,目前国际上的植物学研究已经在投其所好提供更适合某种植物的LED照明,其他可见光频段则不予投放,大大降低了能源消耗。虽然在人类肉眼看起来呈现单一颜色甚至昏暗无比,实际上却是植物们生长发育最完美的环境。
国际空间站上实验用的菜地,看起来很奇怪的LED灯种植技术,却是最佳种植方案 / NASA
人类对火星植物的培养也已经进行了多年,电影《火星救援》中的种植土豆并非幻想。例如,在国际知名的瓦赫宁根大学甚至模拟火星土壤进行了一系列农作物的种植实验,包括番茄,黑麦,萝卜,豌豆,韭菜,菠菜,水芹等蔬菜。不过,人类如果想食用肉食恐怕就很困难,《流浪地球》电影中蚯蚓干已经颇为奢侈。我国在时长1年月宫一号实验期间,黄粉虫也是志愿者重要蛋白质来源。
/能源供给 才是C位
而作为现代社会骨骼和基石的工业,则和地球也大不相同。其中一大问题是能源问题。基地外围和表面建立大量太阳能电池板阵列(可由硅、氧、铁、镍等元素3D打印而来)。
为应对沙尘暴天气、夜间情形,NASA也在研究可长期使用的大型核电能源,可用于月球基地和火星基地的长期供能,它们的作用类似一个小型核电厂,能满足基地大规模工业生产用电需求。更何况人类如果在未来掌握核聚变技术,基本意味着能量能取之不尽用之不竭。届时,一次地球运送而来的核聚变燃料,或许就能够维持一个基地几十年的供能。
NASA正在研制中的小型核电装置,它的目标是总重量不足300千克、却能够产生10千瓦左右电能,且产生4-5倍的热能可以用于加热保温。由于是使用半衰期高达7亿年的放射性元素铀-235,它可以一次加入燃料后连续工作很久 / NASA
/小行星带的便利
出行方面,全程封闭的轨道交通将成为重要交通方案。在轨道交通的基础上,火星挖矿和矿产精加工将成为一个极其重要的行业。这个挖矿并不是地球上传统意义的金属矿藏,一些在地球上根本不必考虑的资源,例如地底发现的有机物(火星研究目前并不排除这个可能)、南北极巨大极冠的水冰和干冰、火星山脉根部可能随着极微弱地质运动出现的宝贵矿藏等,都将是开发的目标。
火星距离小行星带已非常接近,这里有着几十万颗小行星,更有数亿颗乃至数不尽的极小星体,它们的成分和构造完全不同,不少都拥有地球上极其稀缺的资源。从火星出发的资源探测和开发难度,也远低于从地球出发,完全能够建立定期“采矿航班”。
小行星带或许也是火星巨大的宝藏地 / NASA/JPL
火星虽小,但陆地总面积与地球的陆地总面积接近,还有太阳系最大的山和峡谷,靠近小行星带。总体而言,火星基地的人类将拥有远超地球人类的人均资源和极其发达的技术,他们可以建立一整套高度智能的高效工业系统,这个系统也能够支持火星基地的长久进步。
物竞天择,适者生存。人类更是在自然界选择之外,又自我增加了内部淘汰机制,才有了王朝更迭,时代变迁。未来的火星基地会怎样?由于火星低重力和基地半地下环境,火星人类从身体构造上将会与地球人类逐渐不同。由于生存压力,他们会不惜一切代价发展高科技,甚至很快就领先地球。由于群体数量少,每个基地成员从生到死都将是极致的精英培养方式。那么长久下来他们将会如何看待地球和地球人类,这是一个留给读者思考的问题。
下一站火星,是人类的未来,也是人类的挑战。