科技獵火星探測器紛紛上天，人類離移民火星還遠嗎？
火星探測器紛紛上天，人類離移民火星還遠嗎？
腦極體
· 剛剛
夢想還是要有的，萬一錢攢夠了呢？
圖片來源@視覺中國
文丨腦極體
上個月，即使是對太空探索再漠不關心的人，也都差不多知道今年是火星大年了。而從7月中旬到8月中旬，正好就是兩年多才會遇到的火星探測窗口期。
因此我們就看到，7月份的后半個月里，阿聯酋、中國和美國接二連三地成功發射了各自的火星探測器。
（佛羅里達州卡納維拉爾角發射基地）
土豪之國阿聯酋率先出手，在7月20日將世界上第一顆火星氣象衛星“希望號”發射升空；中國的“天問一號”火星探測器緊隨其后，在7月23日發射升空，這次要通過一次發射實現“環繞、著陸、巡行”三項任務的創舉，一舉跨入火星探索第一隊列。而美國的“毅力號”也在經歷多次延期后，也終于在7月30日成功發射升空。這次“毅力號”的亮點是帶了一架名為“機智”（Ingenuity）的無人直升機，首次挑戰在火星的自動飛行。
就在“天問一號”火星探測器發射成功后，有媒體詢問馬斯克：“你覺得中國有沒有可能先你一步把人類送上火星？”而馬斯克淡定的回應：“那就比賽開始吧。到時候來火星后一起喝一杯。”
馬斯克這個身家百億卻把豪宅賣光的“窮人”，目標就是要“移民”火星。據說，馬斯克造汽車、造火箭、挖隧道，還有搞能源公司，用賺來的錢和研究出的技術，為“火星移民”做準備，并計劃在2050年送100萬人上火星。
對于我們這些整天在地球忙忙碌碌的人類來說，可能會非常好奇：火星到底有啥獨特的魅力，吸引這么多國家投入巨資去做探測？還吸引著馬斯克這樣的科技狂人要去搞什么“火星移民”？現在我們距離火星移民還有多遠呢？
不如帶著這些疑問，我們“假裝”到火星探索一番吧。
為什么要探測火星？
人類開始太空探索的第一站是月球，第二站就是火星。一來是火星的狀況與地球最為相似，二來是火星是太陽系里探索難度最低的行星。
火星的直徑約為地球的二分之一，體積約為地球的15%，質量約為地球的十分之一，重力就只有地球的三分之一。火星也有自轉和公轉，一個火星日約為24.6小時，與地球接近，但一個火星年約是687個地球日，約是1.8個地球年。
因為火星的自轉軸和公轉軌道有一個65°的斜角，因此也有和地球一樣四季的變化。可能是由于火星重力過小的原因，火星大氣非常稀薄，主要成分是二氧化碳，還有少量的氮氣，氧氣可能都已逃逸到太空當中。大氣壓極低，只有地球的1%。這些導致火星的晝夜溫差極大，赤道和南北極的溫差也更大。最有特點的是火星沙塵暴，爆發時可以遮天蔽日，風力是地球最高級臺風的數倍，但是因為氣體稀薄，只能卷起濃濃的黃沙。比地球闊氣的是，火星有兩個天然衛星。因為大氣層稀薄、重力小等原因，火星有著遠比地球高數倍的山峰、大的多的隕石坑和巨大峽谷這些地貌。
（太陽系最長的火星水手峽谷，長度約4500公里）
由于在太陽系里，火星與地球的環境已經是最為接近，所以，探索火星的起源、演變，更能幫助人類了解地球的形成和演化，預測地球的演化趨勢。據推測，火星之前有可能和現在的地球一樣，只是經過幾十億年的演化才成為今年這個寒冷星球。相比較另一顆離地球也很近的金星相比，高溫、炙熱的金星接近地球的過去狀態，而寒冷的火星更接近地球的未來狀態。這也是當年那本情感暢銷書《男人來自火星女人來自金星》用來包裝的噱頭吧。
當然，探索火星的現狀也非常重要，除了對火星地形地貌、地質結構、大氣氣候等環境的探測，最重要的一個任務就是探索火星上面有無水和生命的存在。當然，即使發現火星生命，應該還達不到“火星人”的地步。
不管是出于對地球末日的恐懼，還是對征服星辰大海的渴望，移民火星成為眾多科學家和企業家的理想目標。
由于當初美蘇太空爭霸的激烈競爭，火星探測從上世紀60年代就已經開始。截止到今年6月底，人類一共進行了44次火星探測。剛剛發射的這三個火星探測器還在前往火星的途中，準備開啟它們的火星之旅。
因為每26個月會出現一次“地火相會”的窗口期，這時火星會成為距離地球相對最近的一顆行星，所以也就成了地球人最執著、研究最多的一顆行星。在這一時期進行火星探測的發射能夠節約大量的燃料和飛行時間，所以有探測能力的幾個國家會在這一窗口期扎堆發射火箭去火星。
火星探測是如何實現的？
20世紀的火星探測，主要被當時處于冷戰中的美國和蘇聯所壟斷。第一輪火星競賽，美國更技高一籌，將蘇聯甩在后面。隨著1996年，美國的海盜一號、二號探測器的著陸器在火星表面進行土壤采樣，沒有發現任何的有機分子和生命存在的跡象，第一階段的火星探測宣告結束。
到了20世紀90年代，美國又重啟了對火星的探索熱情。在1996年，美國開始實施“火星生命計劃”，先后成功發射了“火星全球勘測者”和“火星探路者”探測器，以確定火星上是否存在生命。其中，“火星探路者”攜帶了世界第一輛火星探測車“旅居者”。這期間，俄羅斯和日本的火星探測計劃則都已失敗告終。
到21世紀后，歐洲航天局、印度也開始了火星探測，其中歐洲和印度取得了成功，打破了美國、蘇俄對火星探測的壟斷。由于航天技術的提高，火星探測的成功率也大幅提高，減少了很多“有去無蹤”的火星探測計劃。盡管如此，目前火星探測的成功率也只有43%。
1996年12月，美國發射的“旅居者號”火星探測車，成為第一臺成功著陸火星的機器人車輛。最初設計的壽命為7天，但實際運行了95天。旅居者號能夠以每分鐘一米的速度前進。
2004年1月，“機遇號”火星探測器發射升空，此后在火星漫游了14年。在執行第1151個任務日的時候，太陽能板被風吹干凈，使得發電功率可以提升到800瓦時每天。
機遇號
“機遇號”在火星開始了漫長的馬拉松行走，經歷了老鷹撞擊坑、弗拉姆撞擊坑、維多利亞撞擊坑，到2015年3月24日，終于完成了標準的42.195公里的火星馬拉松。此后開始頻繁出現故障，最終失聯。
2004年發射升空的“勇氣號”，和“機遇號”是一對姐妹花，它的任務是探測火星上面是否有生命和水，最終“勇氣號”真的找到了火星存在水的證據。
2011年美國成功發射了第三代火星探測車“好奇號”。它是由核電池供電，其裝備的科學儀器質量是上一代的15倍。好奇號在不懈努力下，終于在巖石中發現了有機物，甚至還發現火星有大量的固態水。2018年，美國的“洞察號”火星探測器在火星安全著陸，首次對火星進行深度“體檢”，深入研究火星內部，揭示巖質天體形成等問題。
除此之外，美國的火星探測計劃還對火星大氣層、極地地區進行了探索。美國目前成為對火星探測次數最多、成果最多，也是最有可能最早進行火星移民的國家。
（“毅力號”準備降落的杰澤羅隕石坑，可能存在過火星生命跡象）
現在“毅力號”正在飛往火星的途中，如果一切順利，“毅力號”將在明年2月份在火星赤道以北的杰澤羅隕石坑登陸，繼續探尋火星可能存在過的生命跡象和氣候地質特征。而中國的“天問一號”也將在火星開展首次的著陸和巡行，開啟中國的火星探測之旅。
火星移民還有多大難度？
火星探測已經再一次如火如荼地展開，但是火星移民其實還沒有明確的時間表。聊到火星移民的時候，就不得不先聊聊如何在火星建立可供人類生存的基地了。
移民火星，就是要在火星建立適合人類生存的火星基地。從介紹火星的內容里，我們也看到了，火星的生存環境比地球上最嚴酷的沙漠、南北極都嚴酷很多倍。那么想要建設這種火星基地就必須建成具有空氣、水、土壤，然后溫度適宜、能量穩定的密閉空間。
在2015年科幻片《火星救援》里，人類已經成功的移民火星了。當時影片中男主馬克因為遭遇意外，獨自一人呆在了火星。他是如何讓自己活下來呢？
他有一個在火星風暴中幸存的居住艙，有同伴逃離前留下來的一些食物。而他短期要克服的險境就是要避免居住艙的生態系統崩潰，也就是氧氣系統要維持循環、水系統要維持循環。長期要克服的問題就是如何獲取足夠的食物。
火星上不缺陽光、二氧化碳。火星也不缺土壤，但是缺有機物，這個他通過自產“農家肥”解決了。植物生長還缺水，盡管火星上已經探測有大量固態水，但基本都在兩極冰蓋，主人公沒法搞到手。后來男主馬克想到用化學反應，讓氧氣和氫氣燃燒產生水。就這樣種下土豆塊的五十天后，馬克的土豆苗奇跡般的長了出來。男主憑借成功地“種出土豆”成功的移民了火星。不過最后脆弱的生命系統還是崩潰了，因為一點意外，艙門爆炸，土豆苗很快就被外面的嚴寒給凍死了。
想象照進現實，現在人類要想在火星實現這樣的居住艙，當然也未必不可能，只是可能太燒錢，可能是數萬億美金的成本，目前人類可負擔不起這樣的開銷。
（火星基地想象圖）
馬斯克同學之前做過一個設想，與其搞這么費事的移民基地，不如把火星本身搞得跟地球一樣就好了。他計劃說在火星引爆一萬顆氫彈，把火星兩極的二氧化碳給釋放出來，把火星搞得溫暖一些。
不要說一萬顆核彈炸火星這種瘋狂計劃行不通，再就是能否達到預期效果還不好說，別把火星弄成更為寒冷的“核冬天”，就更難移民火星了。
還是聊聊在火星建基地的可能性吧。火星基地想要實現系統自循環，那就不能完全依賴地球的各種物資供應。火星上不缺陽光、土壤和水，關鍵問題是如何把這三個元素給充分利用起來，形成火星基地的自循環呢？
不久前，Nature發表了一個日本研究者的新發現，就是通過一種含鋁的催化劑，進行光解水，把水變成氫氣和氧氣，效率高達驚人的96%。我們知道，氫氣和氧氣，一個人清潔能源，一個是人類生命必須品。只要解決了火星固態冰的開采問題，那么移民火星不是夢了。
不過話又說回來，這個技術的難點可能在這個催化劑的成本和完成反應的成本上。如果這玩意兒的成本遠遠低于化石燃料，生產工藝又簡單，那么地球的氣候危機也就避免了。
當然，如果這項技術未來可以成熟應用到火星移民上，以此來建立火星基地的生命循環系統和能量系統，只要這些成本低于從地球上運輸物資的成本，那自然是可以接受的。
在NASA的計劃里，他們希望宇航員在2024年重返月球，然后再開始前往火星的旅程。這次“毅力號”已經在為人類登陸火星做準備。在登陸之后，“毅力號”將展開一個火星氧氣原位制造利用實驗，通過利用火星大氣中的二氧化碳和太陽能，來制備純凈氧氣，作為未來火星宇航員的呼吸來源和火箭燃料氧化劑。
（“毅力號”探測車的科學實驗裝置）
說到底，火星移民的本質既是一個技術問題，也是一個商業問題。任何一個技術環節的進步都有可能帶來商業成本的大幅降低。
埃隆·馬斯克在年初立下的“2050年百萬人上火星”的Flag，跟他一直以來希望將“火星移民”商業化的方式有關。現在SpaceX的星艦計劃正在執行，根據計劃，可能會在2030年之前，SpaceX與NASA一起合作，將人類送上火星。但這僅僅可能是一次類似于登陸月球一樣的短暫停留，能否在此后開展大規模的人類移民，這就要看商業化運作的SpaceX能否將成本大幅降低。
而對于最早一批火星移民者來說，他們極有可能是“有去無回”的。不過，馬斯克也信誓旦旦的說，“火星上會有大量工作的。”對于這樣一個移民的后代，馬斯克確實有一種“宇宙之大，何處都是家”的冒險者精神。
《三體》作者劉慈欣曾經感慨，人類說好要去探索星辰大海，結果卻躲進了互聯網里，享受更為虛擬的世界。
在大劉的暢想中，他希望有那么一天，描寫太空航行的科幻小說已經變得平淡無奇，前往火星和小行星帶已經是一件稀松平常的事情，無數人在太空中謀生……而浩瀚宇宙仍然是一個無法想象的存在，承載著我們無窮的想象力。
現在，“希望號”、“天問一號”、“毅力號”的成功發射，無疑給了我們一次仰望星空的機會。希望在地球上終日忙碌的我們，也能做一做太空探索的夢想。
如果一切順利的話，我們大部分人可能在有生之年，可以看到人類的第一批冒險者開啟了太空之旅。而你或你的后代會不會成為其中的一員呢？
希望到時候的船票不要太貴就好。
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