百年火星复兴计划

用一百年时间，把火星变得气候宜人

               星空天文网 2016-12-05   

　　今天火星上已经生存着100万个微生物。它们覆盖在人类着陆器的表面，聚集在火星车内部。尽管有要求，但消毒做不到真正的彻底。这些虫子处于休眠状态，随时都能复活。一旦火星再次温暖，一旦液态水再次在火星上流动，这些微生物就会苏醒并开始繁殖。而以人类今天的能力，这件事是可以办到的。

　　科幻作品对这种改造的描写已经十分成熟。1942年，它就首次出现在科幻故事中。改造实际上意味着复制一个地球，虽然这可能并非目的，但这种说法却很流行。（毫无疑问，这听起来比“生态培育”或“行星生态”更有亲和力。）Kim Stanley Robinson的科幻三部曲《红色火星》、《绿色火星》和《蓝色火星》就是以此为中心展开的。而今天，对火星进行改造已不仅仅是科学幻想。

　　

　　肥沃的土地。好奇号火星车在火星盖尔陨坑中的沙土和岩石中发现了对生物而言非常重要的氮化合物。NASA / JPL-加州理工学院 / MSSS

　　由此，我们可以发现生命在自然界里的意义和价值。通过把丰富多彩的生命形态扩散到宇宙中，人类有能力扩大这种价值。人类不仅是地球生命的守护者，还具有独特的能力，能够将生命传播到地球以外。而火星是首个能够我们对这种能力和动力加以检验的实验室。

　　在太阳系所有外星世界里，火星是唯一一个具有实际改造可能的地方。研究显示这个行星的过去是宜居的，所以它拥有所有可以恢复往日荣耀的要素。改造火星最大的困难是让它变暖。而让一个行星变暖可能是我们人类最擅长的了。

　　我们知道，火星拥有形成生物圈的关键要素：水、氮和二氧化碳。过去十年间的研究结果显示，火星高纬度地区含水量丰富，好奇号火星车最近也在火星土壤里检测到了硝酸盐（占火星土壤质量的0.03%）。二氧化碳是“万能”的。火星可能拥有含量非常大的碳酸盐矿层，但我们难以通过二氧化碳的这种形态释出气体来。改造成功的关键可能要依赖火星的南极冰盖和极地土壤。它们蕴藏的二氧化碳可能只够大气稍稍变厚，但也可能足以使火星获得和地球海平面相当的气压。

　　如果第二种情况属实，那么研究结果表明，火星的气候能够在两种状态下保持稳定。第一种状态是大气稀薄，冰盖很厚，平均温度在零下60摄氏度左右 ；第二种状态是大气浓厚，冰盖很薄，平均温度在15摄氏度左右。这表明对火星进行改造是可行的。只要我们能够将它的气候从一种状态推向另一种状态，那么它的温暖气候就能够自我维持下去。

　　假如火星上存在本土生命怎么办？

　　这种气候的转变可能是非常快的。只要看看我们现在用温室气体让地球变暖的速度就可以了，我们在100年内，就可以让火星变暖。而让火星变暖最有效的方法是用“超级温室气体”，比如氟氯烃，甚至于用一些无毒的、不会干扰臭氧层形成的氟化物，它们也不会被阳光里的紫外线破坏。好奇号最近在火星石头里发现了氟元素，所以原材料都已经有了。

　　火星一旦变暖，液态水就会出现，然后一个和地球相似的水循环就会出现。这样依靠光合作用生存的生物就能活下去，它们能够把土壤里的硝酸盐和高氯酸盐转化为氮和氧气。此时，人类就算不穿宇航服也能在火星上散步（不考虑因磁场缺失而长驱直入的宇宙射线），虽然还需要氧气面罩。

　　从这一阶段开始，改造的重点将转向生产氧气。人类自然呼吸的气体中氧占13%，二氧化碳在1%以下。地球生物圈依靠阳光进行生物复制，并同时以0.01%的能量转换率制造氧。以此速度，火星上出现一个和地球相似的大气层可能需要10万年。但0.01%的转换率是海洋、沙漠和森林的平均值。单片树叶的光合效率更高，大约在5%左右 。假如火星表面所有地区都能达到这么高的效率，那么所需的时间只要几百年。合成生物技术甚至于可以让这个速度更快。

　　

　　火星上的“蜘蛛”。这些蜘蛛形的地貌出现在火星的南极冰盖区，是冰盖下方的二氧化碳气体冲出地面形成的。如果人类开始改造火星，那么这种现象将会随处可见。NASA / JPL-加州理工学院 / 亚利桑那大学

　　但是在科学中，决定性因素往往不是技术，而是社会和伦理。举例来说，假如火星上存在本土生命怎么办？首先我们需要确定火星生命和地球生命是否有亲缘关系。也许这两种生命形式在本质上是一样的，起源于其中一个世界，并随陨石扩散到了另一个。如果情况是这样，那么问题不大。

　　如果火星生命和地球生命没有亲缘关系，是生命的第二种起源，那么问题就会比较棘手。我们改变火星的动机将不再是建设一个适合地球生命的新世界，而是增加火星原生生命的丰富性和多样性。已经在那里的着陆器和探测器需要拿走，或进行消毒。这样才能避免搭便车的微生物不会压制原生生命，成为行星际生物入侵者。

　　也许，火星生命会对我们心存感激，因为我们把这个行星变回了它原本的样子。但这个过程会更长，最终的结果也会和改造一个无生命的世界不同。因为原生微生物生产氧气的速度可能会比来自地球的植物移民慢，甚至于它们可能根本不生产氧气。无论火星将来变成地球生命的前哨，还是一个行星级的自然保护区，它的这种改变，都将是人类最伟大的创举。

　　作者Christopher P. McKay是NASA阿姆斯研究中心的资深科学家，专注于极端环境下的生态环境研究。他还参与了惠根斯土卫六探测任务、凤凰号火星探测任务和好奇号火星探测任务。