火星矿产资源及其探索研究（6）
胡经国
（续前）
4、关于微生物与水的探索
⑴、关于微生物的探索
据报道（20140205），维京号（或海盗号，Viking Probes）曾经做实验检测认为，火星土壤中可能存在微生物。该实验限于维京号的着陆点并且给出了阳性的结果。但是，随后即被许多科学家所否定。这是正在进行中的争议。存在生物活动也是火星大气中存在微量甲烷的解释之一；但是通常人们更认同其它与生命无关的解释。
2000年，一块火星陨石是美国于南极洲发现的、编号为ALH84001的碳酸盐陨石。美国国家航空航天局声称，在这块陨石上发现了一些类似微体化石结构。有人认为，这可能是火星生命存在的证据。但是，有人认为，这只是自然生成的矿物晶体。
⑵、关于水的探索
火星在低压下，水无法以液态存在，只能在低海拔区可以短暂存在。而冰倒是很多，如两极冰冠就包含大量的冰。2007年3月，NASA就声称，火星南极冠的冰如果全部融化，可覆盖整个火星达11米深。另外，火星地下的水冰永冻土，可由其极区延伸至纬度为约60°的地方。
据推论，有更大量的水冻结在厚厚的地下冰层（Cryosphere，冰冻层），只有当火山活动时才有可能被解冻释放出来。史上最大的一次被解冻释放，是在“水手谷”形成时，有大量水释出，造成的洪水“刻划出了”众多的河谷地貌，并且流入“克里斯平原”。另一次释出水量较小。但是，较近期的一次，是在500万年前“科伯洛斯槽沟”（Cerberus Fossae）形成时，释出的水在“埃律西姆平原”（Elysium Planitia）形成冰海，至今仍能看见其痕迹。
关于火星上有冰存在的直接证据，在2008年6月20日被“凤凰”号所发现。“凤凰”号在火星上挖掘发现了8粒白色物体。当时，研究人员揣测这些物体不是盐（在火星曾经发现盐矿）就是冰；而在4天后这些白色颗粒就凭空消失了。因此，这些白色颗粒一定是升华了，而盐不会有这种现象。
“火星全球勘测者”所拍摄的高分辨率照片显示出有关液态水的历史。尽管有很多巨大的洪水道和具有树枝状支流的河道被发现，然而还是没发现更小尺度的洪水来源。据推测，这些河道可能已被风化侵蚀，表示这些河道是很古老的。“火星全球勘测者”高解析照片还发现，数百个在陨石坑和峡谷边缘上的沟壑。它们趋向坐落于南方高原、面向赤道的陨石坑壁上。由于没有发现部分被侵蚀或被陨石坑覆盖的沟壑，因而推测它们应该是非常年轻的。
5、十年后火星见
据报道（20180413，张晶晶），在太阳系中，金星和火星是离地球最近的两大行星。而火星在各方面的条件都非常接近地球，各国航天机构也都将其作为重点探测对象。中国在2016年1月正式启动了火星探测计划，将于2020年前后发射火星探测器。
在火星探测研究队伍中，SpaceX（美国太空探索技术公司）和特斯拉创始人、硅谷传奇埃隆·马斯克，格外引人注意。继2017年9月份，他提出了雄心勃勃的火星移民计划之后，近日又在《新太空》杂志网站撰文，详细阐述了这一计划。该文介绍了被称为BFR（Big Falcon Rocket，大猎鹰火箭）重型火箭的最新设计；同时，马斯克还表示“已经找到了为建造BFR重型火箭筹集资金的方法”。
⑴、一颗红色的梦想星球
人类在火星上有可能生存吗？中国科学院国家天文台科学传播中心主任、研究员郑永春向《中国科学报》记者详细介绍了这颗红色的星球。
“火星上有山，有水，有峡谷，有大气，有微弱的磁场；火星上有土壤，有岩石，有沙尘暴，甚至地下还有丰富的矿产资源；火星的两极，也有冰冻的白色冰原。这一切，与地球是那么的相似。”
不过，20世纪50-60年代，人类一度把太空探测的重点放在金星上；“因为它与地球的大小相似，距离最近。但是，科学探测后发现，金星其实是一个“地狱般”的星球：火山爆发，高温、高压，浓密的大气，有毒的降雨”。郑永春介绍说，金星上的环境并不如它的名字一般美好。“迄今为止，登陆金星表面的航天器工作寿命都非常之短，甚至“活”不过几分钟。这是一个不可能有生命的星球，也不可能让人类移居”。
而随着火星探测的开展，人们对这颗红色星球的热情越来越高。越来越多的科学家认为，如果人类大规模移居，火星可能是最适合改造的行星。“一旦在地球上面临难以抵御的重大灾难和危机，人类就可以移居火星，在那里开拓新的家园。”郑永春将火星称为人类的“希望之星”。
特别是随着航天技术以及相关科技领域近年来取得的巨大突破，以及人类对火星的了解程度越来越深入和透彻，这一本来似乎不切实际的想法，正在变得越来越可以想象和触摸。
⑵、飞向火星分几步
要从地球离开、安全抵达火星，并且在火星上面存活下来，需要哪些步骤呢？对此，郑永春认为，有几个关键步骤必不可少：火箭、飞船、登陆方式。
火箭是离开地球表面的第一步，也被看作航天的基石。郑永春介绍说，美国宇航局正在研制新一代“太空发射系统”（SLS，Space Launch System）。该重型运载火箭最终的运载能力将达到143吨，甚至可能达到165吨，与阿波罗登月时的“土星五号”非常相近，号称史上最强运载火箭。
而1018年2月，由马斯克的SpaceX发射的“猎鹰重型火箭”，也是非常强大的运载火箭——它搭载一辆红色特斯拉跑车进入了环绕太阳的轨道。“猎鹰重型火箭号称现役最大推力火箭，一级火箭可以回收后重复使用，星际运输成本更低。在此基础上，有望打造一条从地球往返火星的廉价航线。”
而马斯克文章中新介绍的BFR重型火箭，其运载能力是之前猎鹰重型火箭的5倍。他在文章中介绍说，BFR重型火箭是一种可以完全重复使用的运载火箭；在不经过轨道燃料加注的情况下，预期可以将150吨的有效载荷送入近地轨道。相比之下，猎鹰重型火箭的有效载荷约为30吨，而且只有部分组件可重复使用，二者之间也存在巨大的成本差异。
“黑色七分钟”，是历史上许多航天器最终未能成功登陆火星的原因。郑永春解释道，穿过火星稀薄的大气层是登陆火星的最后一步，这个过程在地球上难以现场指挥，只能靠航天器的自主操作，失败风险最高。
“迄今为止，全世界只有美国的航天器成功登陆过火星。在技术选择上，“凤凰”号着陆器登陆时，采用了可压缩的着陆支架进行缓冲；“机遇”号和“勇气”号火星车采用了降落伞减速，辅以气囊在地表弹跳，减少对火星车的冲击；而“好奇”号火星车则研发了新的太空起重机技术，火星车在地表一定高度悬停，通过缆绳慢慢降落到火星表面。”未来要想实现载人登陆火星，如何平安度过这7分钟可以说是重中之重。“航天员、登陆舱和物资设备重量更大，降落伞难以起到有效的减速作用；除了太空起重机以外，还需要研发更先进的火箭反推和自主控制技术，才能实现有效的平稳减速。”
SpaceX全新的BFR飞船，似乎已准备好了解决方案。BFR飞船长约为48米，净重约为85吨，可以携带1100吨推进剂，发射时有效载荷为150吨，返回地球时有效载荷50吨。该飞船引擎由4台真空“猛禽”引擎和两台海平面引擎组成，6台引擎都有万向支架连接。
“当BFR着陆时，会有两台引擎点火，如果两台中心引擎中的一个点火失败，它将能够成功地依靠另一台引擎着陆。每台引擎中都有很大的冗余度，因为我们希望着陆风险尽可能接近于零。”马斯克写道。
⑶、火星基地建设
在成功抵达火星之后，要如何生存下来呢？
郑永春着重强调了以下3点：能源供应、原位资源利用以及辐射防护。以能源供应为例，火星一昼夜是24小时39分钟，由于比地球更远离太阳，因而仅采用太阳能可能无法满足火星基地需求。核能可能是未来火星基地所需的能源供应方式。
马斯克提出的新目标是，在2022年完成第一次火星货运任务。将在2019年第二季度开始建造第一艘飞船，并且准备在5年内发射。接下来在2024年，发射4艘飞船前往火星；其中包括2艘载人飞船和2艘货运飞船。在火星上第一个任务目标是，找到最好的水源地；之后是建造推进剂工厂。届时，SpaceX在火星上将有6艘飞船，拥有足够的物资建立推进剂工厂，包括大型太阳能电池板；然后进行采矿和净化水，获得大气层中的二氧化碳；然后制造和存储深冷甲烷和氧气。
郑永春曾经预测，或许在2030年，人类可以登陆火星，这与马斯克的时间表似乎存在某些重合。对于马斯克的最近计划，他评价说：“我相信移民火星会越来越具有可操作性、现实性。技术的发展还是挺快的，最后加上商业力量的帮助。”
十年之后，或许我们就可以火星相见。正如马斯克畅想的：“火星基地最初可能只是一艘飞船；然后是多艘飞船；接着我们开始在火星上建造城市，并且不断扩大城市规模。随着时间的推移，在我们的不断改造下，火星将成为一个适合人类生存的地方。”
6、火星蕴藏有石油吗？
据报道（20191011），大家知道，数亿年前沉积物中的有机质经过复杂的生物化学变化，形成了干酪根，这是石油和天然气形成的基本源头。
干酪根，是指沉积岩中分散的不溶于一般有机溶剂的沉积有机质，也可以理解为油母质。另一种可溶于有机溶剂的是角沥青。
石油无机成因假说认为，石油由地壳深处碳氢在高温高压中形成。比如，在“科拉深钻孔”11千米深处就发现了大量的氢沉积物，这也许这就是形成石油的其中的一个环节。
尽管直到现在，在火星上并未发现生命，但是这并不代表火星在远古时代也没有生命。因为，“好奇”号火星探测器在火星上居然发现了有机分子。不过，这并不是说非得有生命才有有机分子，星际空间也存在有机分子。但是，这也可能是远古遗留下来的。
假如远古火星存在过生命，那么无疑火星有生成石油的可能。当然，生成煤炭的可能性更高一些。毕竟根据地球的经验，煤炭的储量是远高于石油的；而且煤炭矿藏可能会露头，相比于寻找石油，寻找“火星煤炭”似乎会更容易些。
如果是无机成因，那么同时形成于太阳系原始星云中的水星、金星、地球与火星都将有存在石油的可能；那么为未来将产生火星石油工人。
未来会出现火星石油开采现场吗？当然，马斯克倒并没有打算在火星开采石油然后炼油，然后开着加满油的BFR回来，而是打算在火星使用大气层中的二氧化碳合成甲烷燃料。这尽管方法不同，但是这似乎是火星石油的“另一个版本”的演绎。
（未完待续）
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