埃隆?馬斯克想要建造火星大氣，他配嗎？

?

以目前看來(lái)，埃隆?馬斯克正在推特上以“人類(lèi)究竟能否移民火星”為話題進(jìn)行如火如荼的爭(zhēng)論，他甚至在七月告訴美國(guó)商業(yè)周刊，在推特就仿佛被卷入了一場(chǎng)“表情包的戰(zhàn)爭(zhēng)”，“兩人之間的互懟就像是禮尚往來(lái)一般理所當(dāng)然。

馬斯克是SpaceX公司的CEO兼首席設(shè)計(jì)師，他希望從火星開(kāi)始，使人們的生活“星際化”。之所以選擇火星是因?yàn)檫@顆紅色的行星曾流淌著河流與湖泊，甚至如今還存在著固態(tài)水（冰）與地下水。除此之外，火星的氣候也出奇的適合建造類(lèi)似的地球大氣。相較于地球的地表溫度（-87.7℃-58.8℃），火星的地表溫度并沒(méi)有相差甚遠(yuǎn)（-176.1℃-31.1℃）。只不過(guò)，火星表面的大氣壓強(qiáng)僅有0.006巴的壓強(qiáng)（巴，大氣壓強(qiáng)單位，1巴相當(dāng)于處于地球海平面的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)），這不僅僅意味著致命的輻射會(huì)絲毫不受控制的抵達(dá)火星表面，而且人們需要至少0.063巴的壓強(qiáng)以保證體內(nèi)的液體不會(huì)沸騰（這被稱(chēng)之為“阿姆斯壯極限”）。

? ? ? ?

? ? ?

在火星殖民之初，我們需要改變這顆星球的氣候、地貌、與環(huán)境，讓這顆星球更適合人類(lèi)居住。試想如果我們能夠?qū)⒒鹦羌訅?，使其地表大氣壓?qiáng)正好超過(guò)珠穆朗瑪峰峰頂（0.337巴），我們就可以丟掉增壓宇航服，僅僅靠著呼吸面罩就能夠在火星表面行走。這樣的殖民改造僅僅能稱(chēng)之為“弱改造”：這并不能讓植物能夠在溫室之外生長(zhǎng)。

? ? ? ?

? ? ?

曾經(jīng)令人向往的火星：藝術(shù)家筆下的早期火星環(huán)境，相比于現(xiàn)在。（美國(guó)宇航局的戈達(dá)德太空飛行中心）

除此之外，我們還需要遠(yuǎn)比目前科學(xué)家們?cè)诨鹦潜砻嬗^測(cè)到的多得多的氮?dú)?。盡管這并不能讓我們?cè)诨鹦潜砻娌唤柚魏喂ぞ吆粑?，然是馬斯克認(rèn)為這至少讓我們的火星殖民計(jì)劃成為了可能。他在墨西哥的國(guó)際天文大學(xué)上聲稱(chēng)“事實(shí)上，如果我們能夠讓火星升溫，我們就能夠讓火星重新?lián)碛幸粋€(gè)稀薄的大氣以及液態(tài)的海洋。”

不——但這一切不會(huì)像馬斯克想的那么快。至少，這是美國(guó)宇航局火星大氣與其揮發(fā)性演化（MAVEN）航天器的首席研究員、科羅拉多大學(xué)博爾德分校的太空科學(xué)家布魯斯·雅科斯基的觀點(diǎn)。布魯斯說(shuō)，隨著馬斯克殖民火星的觀點(diǎn)越來(lái)越流行，驅(qū)使了他與他的地質(zhì)學(xué)家同事克里斯托弗·愛(ài)德華茲著手驗(yàn)證馬斯克殖民計(jì)劃的可行性。

? ? ? ?

? ? ?

他們最終給出的答案是否定的：根本不可能，“這不可能以目前的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)?！痹谝黄l(fā)布在《自然天文學(xué)》一刊上的論文中，他們點(diǎn)名了馬斯克以及馬斯克的殖民計(jì)劃，并以對(duì)火星的極地冰帽進(jìn)行核撞這一計(jì)劃為切入點(diǎn)對(duì)整個(gè)計(jì)劃“潑冷水”。他們抨擊道，因這個(gè)撞擊計(jì)劃而釋放的二氧化碳根本不足以引起一個(gè)“失控”的溫室效應(yīng)。在七月30日，《發(fā)現(xiàn)》一刊發(fā)推文點(diǎn)名馬斯克，說(shuō)道“對(duì)不起，埃隆。根本就沒(méi)有足夠的二氧化碳來(lái)改造火星?！?/span>

? ? ? ?

? ? ?

當(dāng)然，馬斯克也連忙在此條推特下回復(fù)道“實(shí)際上，土壤中非常有可能溶解可足夠多的二氧化碳火星升溫。只要有足夠大的能量，人為或自然都能夠殖民改變?nèi)魏螏r石狀物理?！痹诖稳?，馬斯克多次回復(fù)《發(fā)現(xiàn)》雜志的推文。在回復(fù)了“真的嗎？我將與您見(jiàn)面聊聊，并為您隆重介紹克里斯·麥凱 @美國(guó)航空航天局”這一評(píng)論三分鐘后又回復(fù)道“科學(xué)的力量”，并且鏈接了一篇1993年麥凱合作編寫(xiě)的論文《殖民改造火星的技術(shù)需求》。

如果火星75%的二氧化碳已經(jīng)流失到了宇宙，就幾乎沒(méi)有任何儲(chǔ)存在地面上的氣體可以留給人們所用。

相比于其他專(zhuān)家，為何馬斯克更愿意相信麥凱，一位美國(guó)航空航天局艾姆斯研究中心的行星科學(xué)家。我問(wèn)過(guò)麥凱，他是否看過(guò)雅各斯基和愛(ài)德華茲于七月發(fā)表在《自然天文學(xué)》中的論文這篇論文指出經(jīng)過(guò)火星大氣與其揮發(fā)性演化（MAVEN）航天器至少四年、火星快車(chē)航天器至少15年的觀測(cè)表明，火星大氣正隨著時(shí)間的推移流失，同時(shí)，火星偵察軌道飛行器和火星奧德賽航天器已經(jīng)分析過(guò)了“火星究竟有多少含碳礦物，以及極地冰中究竟有多少二氧化碳產(chǎn)生”。

? ? ? ?

? ? ?

這篇論文的作者們指出，這些新的數(shù)據(jù)已經(jīng)說(shuō)明了：首先，早期火星留存的大氣已經(jīng)流失進(jìn)到了太空，并沒(méi)有轉(zhuǎn)移到目前尚未發(fā)現(xiàn)的底下二氧化碳?xì)鈱?；其次，火星地面上不管有多少二氧化碳，它們“始終無(wú)法為我們所用”，并釋放進(jìn)大氣中。

“我有看過(guò)這篇論文”，麥凱說(shuō)“而且實(shí)際上，他們確實(shí)說(shuō)的沒(méi)錯(cuò)，火星上究竟有多少二氧化碳、氮?dú)馀c水當(dāng)然是殖民火星的關(guān)鍵。不過(guò)，和不幸，我們至今也不知道這些物質(zhì)究竟有多少。”換句話說(shuō)，麥凱認(rèn)為，這篇論文用來(lái)支持他們觀點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并不足以說(shuō)明問(wèn)題。

? ? ? ?

? ? ?

麥凱使我注意到了一篇他與他的兩名同事（歐文·圖恩與詹姆斯卡斯蒂）共同編寫(xiě)的論文，名叫“讓火星宜居”，于1991年刊登在了《自然》一書(shū)中。他在這篇論文中指出，在當(dāng)時(shí)火星上究竟有多少二氧化碳、水與氮?dú)馐冀K沒(méi)有一個(gè)確切的結(jié)論——甚至是今天。“在火星地表下有多少二氧化碳，始終是一個(gè)未知數(shù)。因?yàn)槲覀儧](méi)有可靠的數(shù)據(jù)供我們分析，對(duì)此我們還需要深入的研究?！币惨虼?，他指出，布魯斯·雅科斯基與里斯托弗·愛(ài)德華茲所謂的“火星殖民是不可能的”這一觀點(diǎn)是“不成熟的”。

? ? ? ?

? ? ?

當(dāng)祖布林談起究竟是什么讓布魯斯·雅科斯基能夠自圓其說(shuō)時(shí)，他說(shuō)“雅科斯基的說(shuō)法之所以能夠成立是因?yàn)樗粌H掩蓋了自己的無(wú)知，所提出的觀點(diǎn)還與已知數(shù)據(jù)矛盾?！崩纾趴扑够谒凇蹲匀惶煳膶W(xué)》中發(fā)表的文章指出由75%的火星大氣（0.5巴）非常有可能被太陽(yáng)風(fēng)于紫外線帶走到太空，流失到千里之外。假設(shè)火星真的流失了75%的大氣，就能說(shuō)明火星現(xiàn)存的那微薄大氣，那不到一巴的大氣，能夠儲(chǔ)存在底下供人類(lèi)所用?！帮@然”，這篇文章寫(xiě)道“一旦這些氣體流失進(jìn)了太空，就再也不能夠被轉(zhuǎn)移回火星大氣中?！彼麄兲岢鲞@里僅剩下0.020巴的可用二氧化碳貯藏在底下。

雅科斯基其實(shí)是這樣計(jì)算出75%大氣流失的：假設(shè)在過(guò)去經(jīng)歷的太陽(yáng)風(fēng)與紫外線活動(dòng)與現(xiàn)在我們所觀測(cè)到的相同，且過(guò)去這些活動(dòng)會(huì)更加平凡（他堅(jiān)信這是正確的，因?yàn)槲覀兡軌驈膶?duì)其他類(lèi)似太陽(yáng)的恒星的觀測(cè)結(jié)果中推斷出太陽(yáng)過(guò)去經(jīng)歷了什么）。在此之后，他把今天火星大氣中碳13與12的比例與地面上碳13與12的比例進(jìn)行比較。由于較重的同位素通常能夠長(zhǎng)時(shí)間停留在大氣中，而較輕的同位素則從大氣中流失，因此大氣中二氧化碳與較重同位素含量相對(duì)于地面上的碳會(huì)有所不同。

? ? ? ?

? ? ?

雅科斯基和愛(ài)德華茲寫(xiě)道：由這樣大氣于地面上含量的不同，我們可以得出，火星大氣中至少有四分之三的二氧化碳已經(jīng)消失，且“從大氣中流失是這些曾經(jīng)存在的二氧化碳消失的原因”。當(dāng)然，這一觀點(diǎn)與祖布林和麥凱持有的觀點(diǎn)完全背道而馳：他們認(rèn)為之所以這些二氧化碳從大氣中小時(shí)，其實(shí)是因?yàn)檫@些二氧化碳沉淀在了火星土壤中——也許被吸附到土壤中，也許以二氧化碳冰的形式殘存，又或許暗藏在碳礦物中。

? ? ? ?

? ? ?

收集火星表面數(shù)據(jù)：NASA的好奇號(hào)火星

?

當(dāng)然，在祖布林和麥凱看來(lái)，二氧化碳究竟何去何從這一觀點(diǎn)就是雅科斯基與已知數(shù)據(jù)相矛的地方。麥凱和祖布林稱(chēng)，在大氣中由0.5巴的氧化碳已經(jīng)流失，這一觀點(diǎn)其實(shí)是非常中立的——即使并不是非常能夠說(shuō)明問(wèn)題（麥凱：“他們究竟是在測(cè)量二氧化碳的損失還是僅僅是氧氣的損失，這一點(diǎn)始終存疑?！弊娌剂郑骸斑@種說(shuō)法是有爭(zhēng)議的，但我們還是會(huì)肯定這篇論文，因?yàn)橹辽伲ㄑ趴扑够┐_實(shí)是在用數(shù)據(jù)說(shuō)話?！? 實(shí)際上，他們否認(rèn)的是雅科斯基所做的碳同位素分析。祖布林認(rèn)為，大氣中損失的0.5巴二氧化碳并不能說(shuō)明火星原有大氣總量的75%或更多，因?yàn)椤案鶕?jù)現(xiàn)有火星古代液態(tài)水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)看，火星大氣中一定有至少2巴的二氧化碳”籠罩著火星（不過(guò)當(dāng)時(shí)地面上的二氧化碳含量還是未知數(shù)）。若如此，那事實(shí)則就恰恰相反，在某處的淺層地面二氧化碳沉積物中會(huì)有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一巴的量——這些二氧化碳如果氣化就完全足以引發(fā)失控的溫室效應(yīng)。

此外，祖布林也指出，事實(shí)上我們現(xiàn)在也不知道當(dāng)初火星上的碳12與13比例究竟是多少，而且雅科斯基在自己的論文中多多少少也承認(rèn)了這一點(diǎn)。（他是從火星隕石中推導(dǎo)出這兩者的比例。）不僅如此，“雅科斯基也并不知道在底下的碳12與13的比例”，祖布林也補(bǔ)充道?！斑@和大氣中的比例是大有不同的，逼近如果之前大多數(shù)的二氧化碳都沉淀進(jìn)了雷格巖中”——雷格巖是覆蓋基巖的那層未凝固的巖石材料——“日復(fù)一日年復(fù)一年，隨著大氣的流失，大氣和巖石中的二氧化碳含量就會(huì)是相差甚遠(yuǎn)?！丙渼P也支持這樣的觀點(diǎn)。

? ? ? ?

? ? ?

他指出：“同位素分析也只能說(shuō)明在大氣中的碳素，因此巖石中的二氧化碳與冰中的二氧化碳含量就不能通過(guò)這樣的分析而說(shuō)明?！?/span>

就比如說(shuō)，在南極的冰蓋就是一個(gè)孤立的二氧化碳存儲(chǔ)處?！拔覀冞B這都沒(méi)有很明確的了解，甚至不知道這里究竟由多少的二氧化碳含量，”麥凱稱(chēng)。他指出了一個(gè)2016年的研究，科學(xué)家利用火星偵察軌道器上的淺層雷達(dá)儀器遙測(cè)了這一區(qū)域。這一研究最終發(fā)現(xiàn)地下的二氧化碳冰層足以讓火星的大氣壓力翻倍；如果這些二氧化碳被氣化釋放后，二氧化碳含量將達(dá)到0.012巴。

當(dāng)然，就算這樣也不足以讓人類(lèi)能夠在沒(méi)有增壓服的條件下自由的在火星表面活動(dòng)。若真的要達(dá)到這一目的，我們需要找到能夠釋放更多二氧化碳的方法。麥凱認(rèn)為，“在南極洲的二氧化碳貯存其實(shí)非常年輕，我們也許能夠找到更深層、更古老的二氧化碳沉淀?！睂?duì)他們來(lái)講，MAVEN和火星快車(chē)航天器的探測(cè)結(jié)果都只是一個(gè)所謂“加分項(xiàng)”，因?yàn)椤笆聦?shí)上幾乎所有的氣候模型都指出早期火星應(yīng)該還有好幾巴的二氧化碳。所以，火星上一定還有更多的二氧化碳等著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)”，在埋藏了數(shù)十億年的底層中，一定還有更多。

試想一下，在1890年有人從火星上預(yù)計(jì)地球的石油儲(chǔ)備量，卻從未在地球上鉆過(guò)任何一口井。

? ? ? ?

? ? ?

我把這個(gè)問(wèn)題告訴了雅科斯基，但他表示，他估計(jì)在地表或者靠近地表的地方已經(jīng)幾乎沒(méi)有可供氣化的二氧化碳了（這些二氧化碳差不多是0.020巴）。這個(gè)估計(jì)其實(shí)不僅僅是基于了對(duì)大氣中的二氧化碳流失分析，更是從地表還沒(méi)有讓我們能夠觀測(cè)到大量二氧化碳這一事實(shí)推測(cè)的；人類(lèi)對(duì)火星表面的探測(cè)已經(jīng)深入到了十厘米。這樣的現(xiàn)象甚至都沒(méi)有在其他按理講會(huì)更明顯的地方被觀測(cè)到——撞擊坑和巨大的溝渠，就像“水手谷（Valles Marineris）”與火星大峽谷。這兩處的的地貌讓不同的火星地層盡收眼底。

所以，也許在火星上更深的地方也存在著更多的二氧化碳?！拔覀儜?yīng)該去大膽的假設(shè)這些我們看不到的東西，”雅科斯基道，火星上可能還殘留著大量的“深層碳酸鹽”二氧化碳，只是我們還沒(méi)找到罷了?！半m然現(xiàn)在我們也不敢肯定這些二氧化碳究竟有多少——人們總是會(huì)去爭(zhēng)辯說(shuō)他們常常都會(huì)藏在我們看不見(jiàn)的地方——但是這樣的二氧化碳?xì)埩粑镌诘刭|(zhì)學(xué)上非常沒(méi)有說(shuō)服力，而且就算如此它們也幾乎不可能允許我們?nèi)ラ_(kāi)采。”

當(dāng)然，麥凱從同樣的資料中提煉出的結(jié)果卻沒(méi)那么悲觀，但也不是那么的準(zhǔn)確?！昂懿恍?，在過(guò)去的20年里我們真的沒(méi)有對(duì)火星的地表以下研究的那么透徹。請(qǐng)拿數(shù)據(jù)說(shuō)話?！彼Q(chēng)，“這顆星球的大小和地球的大陸大小差不多，而且火星表面在不同的地方的觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)該都大有不同?！弊娌剂肿屛蚁胂笠幌?，在1890年有人從火星上預(yù)計(jì)地球的石油儲(chǔ)備量，卻從未在地球上鉆過(guò)任何一口井，并說(shuō)道“雅科斯基就是這個(gè)人，簡(jiǎn)直荒唐，甚至可以說(shuō)是天方夜譚?！?/span>

如果雅科斯基是錯(cuò)的，如果火星上真的有那么多巴的二氧化碳供我們所用，那我們當(dāng)然能夠很快的對(duì)火星殖民改造?！熬鸵晕覀?cè)诘厍蛏系臏厥覛怏w排放來(lái)看，我們能夠讓火星在100年內(nèi)變暖，”麥凱說(shuō)在他的《鸚鵡螺》專(zhuān)題中解釋道，“對(duì)我們來(lái)講最有效的方法其實(shí)是釋放氯氟烴或者甚至是全氟化合物，因?yàn)樗鼈儧](méi)有毒性，不會(huì)影響臭氧層的發(fā)展，還能夠地域太陽(yáng)輻射。好奇號(hào)證實(shí)了火星巖石中確實(shí)有氟，所以制造他們的所有成分都有了?！?/span>

? ? ? ?

? ? ?

于2001年的一篇論文章，麥凱與航空工程師瑪格麗塔（現(xiàn)SpaceX的高級(jí)火星和飛行器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工程師）寫(xiě)道“用4x1020?焦耳的能量，相當(dāng)于火星上75分鐘陽(yáng)光帶來(lái)的能量，已經(jīng)足夠讓我們制造足夠多的全氟碳化物讓火星氣溫提高9華氏度?！薄斑@相當(dāng)于250個(gè)消耗500兆瓦的小型核反應(yīng)堆不間斷工作100年。”除此之外，還需要大量的人力為這些維持這些設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)，還需要有人從事農(nóng)作和提供其他必須的需求。祖布林認(rèn)為，這至少要50至100萬(wàn)人來(lái)開(kāi)展這項(xiàng)火星殖民作業(yè)。

?

不過(guò)值得期待的是，不論我們能否殖民火星與否，火星旅行也已經(jīng)近在咫尺。馬斯克計(jì)劃利用SpaceX的大獵鷹火箭把人類(lèi)送往火星，并且將會(huì)建立“火星基地α”。馬斯克已經(jīng)在他的推特首頁(yè)上置頂了這個(gè)基地的渲染圖。在澳大利亞，馬斯克當(dāng)眾展示了火星基地，同時(shí)還展示了未來(lái)火星基地將如何成為一個(gè)火星小鎮(zhèn)，甚至是城市。他認(rèn)為，最終，火星的新居民將會(huì)殖民火星，火星將會(huì)是一個(gè) "令人向往的地方。

作者：BRIAN GALLAGHER

FY：Wenky

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以?xún)?nèi)聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處