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思想者|歐陽自遠:人類若要移民為什麼首選火星?2020年中國探測火星要幹點啥?

【編者按】在黨的十九大召開期間, 十九大代表、中國航太科技集團公司八院院長代守侖透露, 我國計畫在2030年前後實施火星採樣返回、小行星探測、木星系等探測方案。 我國首次火星探測任務於2016年1月批准立項, 預計在2020年左右, 由“長征五號”運載火箭發射火星探測器, 直接送入地火轉移軌道, 一次實現“環繞、著陸、巡視”3個工程目標, 以及空間環境、形貌特徵、表層結構等五大科學目標。 一段時間以來, 關於火星上有沒有生命、人類能不能移民火星, 一直是社會關注和熱議的焦點。 日前, 中國科學院院士歐陽自遠作客上海圖書館,

為大家講述了火星的秘密。

火星是我們人類生活在地球上非常關注的一個天體, 最關心的問題是:它有沒有生命?究竟能不能把它改造成我們人類的第二個棲息地?

【中國古代為何稱火星為“熒惑”】

火星是在地球外圍繞太陽運行的四個類地行星之一(除了地球、火星外,

其他兩個是水星、金星), 也是地球的鄰居。 自古以來人類對於火星都懷有一種特別恐懼而驚慌的心態。 為什麼呢?因為過去人們只用肉眼看火星, 而火星運行軌道和它的亮度總是在變化, 令人迷惑, 正所謂“熒熒火光, 離離亂惑”, 所以中國古代給火星取名為“熒惑”。 “熒惑”也包含赤星的含義, 而紅顏色代表著戰爭、血腥、殘酷。 當時人們對火星有很多的誤解, 比如把火星當作一種罰星, 在天象學當中, 火星代表著旱災、疾疫、兵亂、死傷等各種的惡象。

過去, 多個國家都把火星當成戰爭之神。 比如, 古羅馬給火星編造出很多故事, 它是戰爭之神;古希臘的神話把火星叫做“阿瑞斯”, 也是戰爭之神;在北歐神話當中,

火星被稱作“提爾”, 象徵著勇氣和英雄;在印度的神話當中, 火星也是一個戰爭之星。 在古代人看來, 火星性格強暴好鬥, 是嗜殺、血腥、人類災禍的一種化身。 其實, 這真是冤枉, 人類一直誤解了火星。

【地球上為什麼有生命?】

人們對火星最關注的一個問題就是, 火星上到底有沒有生命?大家知道, 地球出現生命, 而隨著生命的演化, 出現了高等智慧的人類, 繼而建立了高度文明的社會。 但是, 人類在浩瀚宇宙當中十分孤獨, 沒有自己的同類, 我們不知道別的星球上還有沒有生命;我們不知道自己來自何方, 更不知道未來將走向何處。 因此, 大家會關注火星上有沒有生命, 如果有, 這種生命是什麼樣子的。 這是人類自古以來的一種期盼。

什麼叫做生命?生命有很多定義, 總的來說, 生命就是具有遺傳和複製自己並繁衍後代的能力, 並且具有新陳代謝的功能。 生命都是以碳氫化合物構成的, 以蛋白質作為一種形式, 以核酸作為遺傳物質基礎。 當然也有很多不同意見, 有人就提出, 幹什麼非要碳氫化合物, 為什麼不能是別的?也許別的星球上根本就不是地球這種形態的生命。 這種說法還有待論證, 但至少到目前為止, 所有的生命科學家和化學家從各個方面研究得出的結果就是, 週期表上所有元素只有碳可以組成長鏈分子, 也只有碳才能組成具有遺傳功能的有機化合物。 至於其他各種說法, 目前並沒有得到科學的證據。

為什麼地球上有生命?我認為,

地球上出現生命是宇宙的奇跡, 甚至在一定意義上說, 地球是宇宙的驕子。 46億年來, 只有地球在漫長的演化過程當中顯示出生命的奇跡。 為什麼?因為地球跟太陽的距離, 是如此的天然巧合, 離太陽不能遠一點也不能近一點。 遠一點太冷, 近一點太熱, 只有在這個距離裡面, 地球上的水有固態、液態、氣態三種形態, 稍微遠一點就不可能。 另外, 地球的身軀恰如其分, 不大也不小, 大一點不行, 小一點也不合適。 地球的運行從容而穩定, 地球的表面是一個岩石體的外殼, 表面72%的面積被水體覆蓋, 為生命的生存和繁衍提供了廣闊的空間。 海洋潮汐將陸地養料帶給海洋生命, 又把海洋生命沖刷到潮間帶, 這就使大量的海洋生命往陸地遷徙,使地球變得到處生機勃勃。地球被磁層、電離層、臭氧層、大氣層,一層一層的設計精巧包圍著,可以抵禦各種各樣宇宙輻射,保護地球表面的萬物生靈,所以地球太玄妙了。

地球大氣最早是火山噴氣,是有毒、酸性的,慢慢演化變成氮和氧的大氣層。在遠古時期,海水是很酸的,PH值大概在3-4,帶殼的生命不能生存。但是隨著地球慢慢演化,從強酸性變成弱酸性,再變成現在中性的水,表面水體非常有利於生命的棲息和進化。地球在漫長的46億年的演化過程中,大氣層、水體、生命之間呈現出一種完美的和諧,生命就是這麼一步一步發展起來的。地球上各種各樣的生物物種和智慧生命起源以及成長,是地球長期演化的產物,是天緣巧合所造就的,這真是宇宙的奇跡。

如果將地球46億年的歷史換算成一天24小時,那麼人類的出現是在最後的1分10秒左右。人類經過二三百萬年進化才變成現代人,慢慢地有了各種各樣的科學技術的發展,最終到今天成為一個高度文明的社會。但是放在地球的歷史中,這都是在極其短暫的時間中完成的,幾乎不到一秒鐘。

雖然地球遭遇過很多劫難,但是從來沒有一次全部滅絕。粗略統計一下,有一次大的滅絕,90%物種被滅絕了;還有四次中等滅絕,恐龍的滅絕就是最近一次滅絕事件,70%的物種在地球上被消滅了。但是生命的演化是最頑強的,各種物種還是越來越多,這就是地球,是一個頑強、美麗、幸福的星球。

【四個類地行星中為何火星最有可能有生命?】

回過頭來,我們再來看看,太陽系的行星裡面哪一個最有可能有生命。

前面我提到靠近太陽的四個類地行星,其中靠太陽最近的是水星,水星表面年平均溫度是180攝氏度,而且變化範圍很大,晝夜溫差接近600攝氏度。水星就是一個火和冰之間的世界,生命是難以生存的。

與水星相比,離太陽稍遠一點、靠地球近一點的是金星。金星體積約是地球的80%,半徑接近地球的95%,但是因為離太陽還是比較近,其受到的太陽輻照大約是地球的1.9倍。金星也是一個美麗的星球,但很遺憾,它有一個很濃密的大氣層,人站在金星表面會被壓扁。而且,金星大氣中95%是二氧化碳,所以產生明顯的溫室效應,溫室效應加強致使金星表面溫度達到478攝氏度,探測器降落在金星上幾乎都不能工作,甚至有些要熔化掉。金星表面的環境非常惡劣,它的大氣層裡有幾公里厚的由硫酸液體所組成的雲層,下的雨都是強酸性的雨,生命怎麼可能待得下去?金星還有1600多個火山正在活動,非常劇烈,有時候極限溫度甚至達到500攝氏度,所以也不可能孕育生命。

那麼,剩下的就只有火星了。火星真是地球的姐妹,太像地球了。因為火星離太陽比地球遠一點,地球一年365天,它轉一圈是686天。火星自轉軸也是傾斜的,地球有春夏秋冬,火星也有。火星很小,其大氣組成主要也是二氧化碳。因為離太陽比較遠,又極其乾燥,火星表面年平均溫度大約是零下60攝氏度左右。總的來看,火星大氣層非常稀薄,大概只有地球大氣壓的1%左右還不到,風速非常強,經常發生“全球性”的沙塵暴,環境還是比較惡劣的。但是不管怎麼樣,跟金星、水星相比,火星是最靠近地球的一個行星,也是最像地球的一個行星。

通過比較太陽系這四個行星,火星可以說是最有可能存在生命的行星。那麼,火星上是不是有火星人?1877年義大利米蘭天文臺台長、天文學家斯基帕雷利利用望遠鏡看火星,他發現火星上有很多溝渠,後來溝渠一詞翻譯為“運河”,有運河一定有農業,就一定有火星人。於是,在19世紀末20世紀初那段時間,廣泛盛傳火星有運河,火星有火星人,後來就出現了很多科幻小說和電影,如《火星叔叔馬丁》《地球人大戰火星人》等。火星人的形象也是奇形怪狀,有蜘蛛狀的,也有三隻眼睛的,這完全是人們憑空想像。

【尋找火星生命跡象關鍵要找到水】

迄今為止,人類進行了44次火星探測,有繞火星飛行的衛星,也有降落在火星表面的著陸器,還有很多火星車。今後,還會有很多火星探測計畫。探測火星的第一個目的就是想搞清楚,火星有沒有生命的活動。當時美國發射的“海盜一號”、“海盜二號”,包括2007年“鳳凰號”都是圍繞這個目的探測火星的。他們期望能發現火星上有生命活動,哪怕是最初級最原始的細菌,那都將是了不起的巨大發現。

怎麼去尋找火星的生命?有水就可能有生命的孕育,所以第二步就是去尋找火星上的水。在火星上拍到的很多照片表明,火星曾經有過大量水體的活動,如乾枯的河床。另外火星南北極有很多冰,就像地球南北極一樣,這些冰主要是乾冰,但是也有水冰。另外,拍到的照片證明,火星的北半球完全是一個典型的乾涸的海盆地,有很多河道流向這個海洋,還有很多湖泊的遺址。當然現在火星表面沒有液態水,但是既然古代有水,是不是那個時候有生命?人類抱著這個期望到處找水,結果有一些新的發現。如在兩個時間拍到的同一個地方照片,1999年8月,是一個陡岩;2005年9月發現這個陡岩塌方,塌方之後有一個像紅色水流的東西湧出來,然後沖刷各種沙塵,在下游形成衝擊扇。這表明火星表面以下有水體埋藏。還有,當年“鳳凰號”降落的時候支撐腿上有水柱,後來慢慢消失,這表明大氣中可能有水。此外,在火星上找到很多乾枯的鹽湖,跟西北地方乾枯鹽湖一模一樣,水慢慢幹,湖水裡面的鹽沉澱出來。對於鹽湖的鹽進行各種分析,結果顯示,這是火星岩石裡面的鹽。火星上有很多赤鐵礦,這也是鹽湖乾枯所形成的。

中國2020年左右將發射的火星探測器就有一個任務,要把火星的地下水全部探清楚,包括究竟還有多少、是怎麼分佈的。科學家們曾經通過模型計算出,大約曾經有100米厚的水覆蓋了整個火星。既然有那麼多水,難道真的就不會有生命嗎?所以大家還是希望通過追蹤水的痕跡來發現生命。

我之前說過,火星的大氣成分主要是二氧化碳,後來發現火星大氣裡面有甲烷,就是天然氣。甲烷有兩種來源,一種是生命活動誕生的,一種是非生命活動合成的。人類活動會產生很多甲烷,稻田也會產生甲烷,這是一個生命線索,所以就追蹤甲烷探測,看看到底是從生命來的還是非生命來的。我當時找了中國研製氣體質譜儀的工廠,廠家告訴我,把樣品拿來的話保證可以做出相關研究來。我說,拿不回來,因為我得在火星上測。最後沒有辦法,我只能掃興而歸。

還有一個辦法,火星上有一些石頭會掉到地球上來,在南極中央山脈1984年曾找到一塊很有名的火星隕石,叫84001。這塊石頭的年齡是36億年,結果在電子顯微鏡下看到,隕石裡面有很多小蟲子,這是不是36億年以前火星上的細菌?地球36億年的時候,已經產生了最低級的生命,也有大批的細菌。但到現在依然沒有一個定論,絕大部分科學家認為這可能是南極冰的污染,另外有很多自然界的成因也可以形成這種小蟲子一樣的東西,不能說明它就是過去火星的生命。

現在火星沒有生命活動,那麼以前是不是有過?這需要找到確鑿的證據。此前降落在摩洛哥的一塊火星隕石,由中國科學家領銜來做研究。研究中發現,這塊隕石裡面發現很多碳的顆粒,在電子顯微鏡下,對碳的顆粒做了碳同位素分析,最後的結果令人振奮:碳同位素組成非常像我們地球上的生命物質來源的碳的同位素。

這件事情轟動了世界,中國科學家領銜日本、德國、瑞士科學家在北京完成全部測試工作,證明火星曾經有過生命。緊接著半個月以後美國NASA(美國國家航空航天局)“好奇號”探測車在火星上打鑽孔取樣也找到這種碳顆粒,也證明火星曾經有過生命,這一下子使大家感覺到非常振奮,這是目前為止關於火星有生命的問題最好的結果,跌宕起伏的火星生命探測已經展示出令人鼓舞的前景。但是最終要證明火星曾經有過生命,一定要在火星過去的30幾億年的沉積岩裡面找到化石,你才可以確證它以前真的有生命,所以征程還是很遙遠,任務很艱巨。但我相信,科學家們一定會堅持到底,一定要把這個問題搞清楚,火星生命的探測仍然鼓舞著人們持續探測火星。

【火星還能活多久?】

任何天體跟人一樣有誕生、有成長、有死亡。地球已經46億年了,雖然活力還很強,但是假如這麼耗損下去,估計還可以支持自己45億年的活力,也就是說地球內部的能量是在衰減的。現在地球是壯年時代,然後發展到老年,最後就沒有活力了,那個時候就沒有火山活動,沒有板塊運動,也沒有強烈的地震,地球慢慢冷卻,最後就變成一塊大石頭,但是仍然自轉、公轉。當然,即使地球死亡,也不會影響地球表面全部生命。太陽也會有一天死亡,據天文學家們測算,太陽的壽命還有50億年,最後要變成紅巨星,也會死亡。但是不用過度擔心,我們連50年以後科技怎麼發達都不知道,何況50億年?所以我堅信,人類未來仍然是美滿、幸福的。

那麼火星呢?上海科技教育出版社出版的《火星科學概論》系統地介紹了火星的歷史。大概是在30億年以前,火星很年輕,活動性很強。後來越來越弱,到現在已經老態龍鍾了,活力減少了,以後慢慢地也會固化,內部的磁場也會消失。

火星為什麼是歪著的?這個可以從月亮的成因中找到答案。近30年來,有一種理論越來越得到證明:大概在45億年以前,太陽系形成不久,其中有大大小小的天體。一天,有個火星大小的天體撞上了地球,撞出了很多碎塊。這些碎塊就在地球邊上慢慢彙集起來,最後形成了月亮。45億年前的這一撞,還給地球留下一個“殘疾”。此前,太陽系的八大行星都是直著圍繞太陽自轉,它們的自轉是逆時針方向的,圍繞太陽的公轉也為逆時針方向,且都在一個平面上,規規矩矩的。但地球被這一撞就被撞歪了,歪了23.5度。但是這個“殘疾”簡直是天緣巧合,如果是直著自轉,繞著太陽公轉,地球上每一個地方永遠是一個季節,歪了才有了春夏秋冬,所以地球表面豐富多彩。火星在那個時候也被撞歪了,跟地球歪得差不多;金星很慘,撞翻了,因而其他行星都是逆時針方向轉的,只有金星順時針方向轉;天王星更慘,被撞“躺”下了。

【再造一個地球,有可能嗎?】

我們能不能為地球、為全人類找到另外一個安全的棲息地,讓人類有兩個棲息地,這是非常重要的一個設想。目前全世界科學家公認,只有改造火星是最好的選擇和物件。要改造火星,科學家們已經經過幾十年的研究,提出了他們的步驟,我也與人合寫了一本科普書叫《再造一個地球》。

首先要提高表面溫度,讓火星的冰蓋融化,讓它的表面能夠保持液態水,在火星上自造溫室效應。在地球上,我們現在呼籲減排,不能釋放更多二氧化碳,這主要是因為溫室效應會讓溫度不斷提高,導致很多嚴重的後果,比如北極和南極冰蓋融化,海平面上升,一些地勢低窪地區甚至會被大水淹沒。但是在火星上,卻是排放越多越好,這樣使它增加大氣層溫室效應,提高表面溫度,讓火星表面冰蓋融化,然後慢慢出現液態水,再逐漸一步一步改造。

下一步改造大概需要經歷七八個步驟,要花一個世紀到兩個世紀努力。剛開始登陸火星後,必須居住在密閉的地下或地面的艙室裡,也許最好是用機器人上去,發揮它們的智慧作用進行改造。隨著火星溫度上升,有水流存在,再引種地球可以產生氧氣的植物,逐步提高氧氣濃度,使火星居民逐漸可以不穿宇航服,走向火星的表面,這樣就將紅色的火星逐步改造成為一個藍色的火星。通過人類的智慧和努力,火星完全可以改造成生機盎然的小地球,再現青山綠水,成為人類第二家園。到那時,地球和火星都會處於太陽系的“宜居帶”裡。

在火星探測領域,中國是後來者,現在已經進行過各種類型探測,但是人還沒有上去。火星探測受到限制,不是你想什麼時候去就能去的,因為地球是在太陽附近第三個行星,火星是第四個,大家共同繞著太陽轉,有時候地球在太陽這邊,火星在太陽那一頭,你根本沒有辦法到達火星。所以,科學家們算來算去有一個視窗,大概26個月有一次機會。從地球發射探測器,大概經過8個月的飛行到達火星。錯過發射視窗,就必須26個月以後再來一次。“機遇號”軌道就是這樣選的,但它只用了6個多月就降落在火星上。

在2021年前,我們國家要實現的深空探測任務主要有三項。第一,今年“嫦娥五號”要飛到月球上,把樣品采回地球;第二,2018年中國將發射“嫦娥四號”,將首次實現人類探測器月球背面軟著陸,首次實現人類航天器在地月L2點對地對月中繼通信;第三,在2020年左右有一個發射火星探測器的視窗,大概在年初將發射中國的第一個火星探測器飛向火星,約在年末到達火星。我們現在的配置是有一個衛星繞著火星飛,全面、系統、綜合性探測火星。同時,我們還有一個火星車要著陸在火星上。“嫦娥三號”已經著陸過月球,利用“嫦娥三號”反推的辦法讓它降落在火星上,我們已經選好了地方。天上地上聯合探測火星,這裡面有很多新的任務,包括要探測火星地下水的分佈,因為我們還是關注于火星的生命,還是期望能夠找到火星的生命。地下水也牽扯到以後對火星的改造利用等,這些都是有關係的。

(整理人:王珍)

【思想者小傳】

歐陽自遠 中國科學院院士、中國科學院地球化學研究所研究員、國家天文臺高級顧問、發展中國家科學院院士和國際宇航科學院院士。1993年以來,主要從事中國月球與深空探測的近期目標與長遠規劃制訂,設計我國首次月球探測的科學目標、載荷配置以及第二三期月球探測的方案和科學目標,是中國月球探測工程首任首席科學家。為弘揚歐陽自遠的學術貢獻和科學精神,一顆由國家天文臺於1996年發現並獲得國際永久編號第8919號的小行星,被命名為“歐陽自遠星”。(作者照片由上海圖書館提供)

(本文僅代表作者個人觀點。欄目主編:王珍,郵箱:shhgcsxh@163.com)

題圖來源:視覺中國、新華社 欄目主編:王珍 圖片編輯:蘇唯 這就使大量的海洋生命往陸地遷徙,使地球變得到處生機勃勃。地球被磁層、電離層、臭氧層、大氣層,一層一層的設計精巧包圍著,可以抵禦各種各樣宇宙輻射,保護地球表面的萬物生靈,所以地球太玄妙了。

地球大氣最早是火山噴氣,是有毒、酸性的,慢慢演化變成氮和氧的大氣層。在遠古時期,海水是很酸的,PH值大概在3-4,帶殼的生命不能生存。但是隨著地球慢慢演化,從強酸性變成弱酸性,再變成現在中性的水,表面水體非常有利於生命的棲息和進化。地球在漫長的46億年的演化過程中,大氣層、水體、生命之間呈現出一種完美的和諧,生命就是這麼一步一步發展起來的。地球上各種各樣的生物物種和智慧生命起源以及成長,是地球長期演化的產物,是天緣巧合所造就的,這真是宇宙的奇跡。

如果將地球46億年的歷史換算成一天24小時,那麼人類的出現是在最後的1分10秒左右。人類經過二三百萬年進化才變成現代人,慢慢地有了各種各樣的科學技術的發展,最終到今天成為一個高度文明的社會。但是放在地球的歷史中,這都是在極其短暫的時間中完成的,幾乎不到一秒鐘。

雖然地球遭遇過很多劫難,但是從來沒有一次全部滅絕。粗略統計一下,有一次大的滅絕,90%物種被滅絕了;還有四次中等滅絕,恐龍的滅絕就是最近一次滅絕事件,70%的物種在地球上被消滅了。但是生命的演化是最頑強的,各種物種還是越來越多,這就是地球,是一個頑強、美麗、幸福的星球。

【四個類地行星中為何火星最有可能有生命?】

回過頭來,我們再來看看,太陽系的行星裡面哪一個最有可能有生命。

前面我提到靠近太陽的四個類地行星,其中靠太陽最近的是水星,水星表面年平均溫度是180攝氏度,而且變化範圍很大,晝夜溫差接近600攝氏度。水星就是一個火和冰之間的世界,生命是難以生存的。

與水星相比,離太陽稍遠一點、靠地球近一點的是金星。金星體積約是地球的80%,半徑接近地球的95%,但是因為離太陽還是比較近,其受到的太陽輻照大約是地球的1.9倍。金星也是一個美麗的星球,但很遺憾,它有一個很濃密的大氣層,人站在金星表面會被壓扁。而且,金星大氣中95%是二氧化碳,所以產生明顯的溫室效應,溫室效應加強致使金星表面溫度達到478攝氏度,探測器降落在金星上幾乎都不能工作,甚至有些要熔化掉。金星表面的環境非常惡劣,它的大氣層裡有幾公里厚的由硫酸液體所組成的雲層,下的雨都是強酸性的雨,生命怎麼可能待得下去?金星還有1600多個火山正在活動,非常劇烈,有時候極限溫度甚至達到500攝氏度,所以也不可能孕育生命。

那麼,剩下的就只有火星了。火星真是地球的姐妹,太像地球了。因為火星離太陽比地球遠一點,地球一年365天,它轉一圈是686天。火星自轉軸也是傾斜的,地球有春夏秋冬,火星也有。火星很小,其大氣組成主要也是二氧化碳。因為離太陽比較遠,又極其乾燥,火星表面年平均溫度大約是零下60攝氏度左右。總的來看,火星大氣層非常稀薄,大概只有地球大氣壓的1%左右還不到,風速非常強,經常發生“全球性”的沙塵暴,環境還是比較惡劣的。但是不管怎麼樣,跟金星、水星相比,火星是最靠近地球的一個行星,也是最像地球的一個行星。

通過比較太陽系這四個行星,火星可以說是最有可能存在生命的行星。那麼,火星上是不是有火星人?1877年義大利米蘭天文臺台長、天文學家斯基帕雷利利用望遠鏡看火星,他發現火星上有很多溝渠,後來溝渠一詞翻譯為“運河”,有運河一定有農業,就一定有火星人。於是,在19世紀末20世紀初那段時間,廣泛盛傳火星有運河,火星有火星人,後來就出現了很多科幻小說和電影,如《火星叔叔馬丁》《地球人大戰火星人》等。火星人的形象也是奇形怪狀,有蜘蛛狀的,也有三隻眼睛的,這完全是人們憑空想像。

【尋找火星生命跡象關鍵要找到水】

迄今為止,人類進行了44次火星探測,有繞火星飛行的衛星,也有降落在火星表面的著陸器,還有很多火星車。今後,還會有很多火星探測計畫。探測火星的第一個目的就是想搞清楚,火星有沒有生命的活動。當時美國發射的“海盜一號”、“海盜二號”,包括2007年“鳳凰號”都是圍繞這個目的探測火星的。他們期望能發現火星上有生命活動,哪怕是最初級最原始的細菌,那都將是了不起的巨大發現。

怎麼去尋找火星的生命?有水就可能有生命的孕育,所以第二步就是去尋找火星上的水。在火星上拍到的很多照片表明,火星曾經有過大量水體的活動,如乾枯的河床。另外火星南北極有很多冰,就像地球南北極一樣,這些冰主要是乾冰,但是也有水冰。另外,拍到的照片證明,火星的北半球完全是一個典型的乾涸的海盆地,有很多河道流向這個海洋,還有很多湖泊的遺址。當然現在火星表面沒有液態水,但是既然古代有水,是不是那個時候有生命?人類抱著這個期望到處找水,結果有一些新的發現。如在兩個時間拍到的同一個地方照片,1999年8月,是一個陡岩;2005年9月發現這個陡岩塌方,塌方之後有一個像紅色水流的東西湧出來,然後沖刷各種沙塵,在下游形成衝擊扇。這表明火星表面以下有水體埋藏。還有,當年“鳳凰號”降落的時候支撐腿上有水柱,後來慢慢消失,這表明大氣中可能有水。此外,在火星上找到很多乾枯的鹽湖,跟西北地方乾枯鹽湖一模一樣,水慢慢幹,湖水裡面的鹽沉澱出來。對於鹽湖的鹽進行各種分析,結果顯示,這是火星岩石裡面的鹽。火星上有很多赤鐵礦,這也是鹽湖乾枯所形成的。

中國2020年左右將發射的火星探測器就有一個任務,要把火星的地下水全部探清楚,包括究竟還有多少、是怎麼分佈的。科學家們曾經通過模型計算出,大約曾經有100米厚的水覆蓋了整個火星。既然有那麼多水,難道真的就不會有生命嗎?所以大家還是希望通過追蹤水的痕跡來發現生命。

我之前說過,火星的大氣成分主要是二氧化碳,後來發現火星大氣裡面有甲烷,就是天然氣。甲烷有兩種來源,一種是生命活動誕生的,一種是非生命活動合成的。人類活動會產生很多甲烷,稻田也會產生甲烷,這是一個生命線索,所以就追蹤甲烷探測,看看到底是從生命來的還是非生命來的。我當時找了中國研製氣體質譜儀的工廠,廠家告訴我,把樣品拿來的話保證可以做出相關研究來。我說,拿不回來,因為我得在火星上測。最後沒有辦法,我只能掃興而歸。

還有一個辦法,火星上有一些石頭會掉到地球上來,在南極中央山脈1984年曾找到一塊很有名的火星隕石,叫84001。這塊石頭的年齡是36億年,結果在電子顯微鏡下看到,隕石裡面有很多小蟲子,這是不是36億年以前火星上的細菌?地球36億年的時候,已經產生了最低級的生命,也有大批的細菌。但到現在依然沒有一個定論,絕大部分科學家認為這可能是南極冰的污染,另外有很多自然界的成因也可以形成這種小蟲子一樣的東西,不能說明它就是過去火星的生命。

現在火星沒有生命活動,那麼以前是不是有過?這需要找到確鑿的證據。此前降落在摩洛哥的一塊火星隕石,由中國科學家領銜來做研究。研究中發現,這塊隕石裡面發現很多碳的顆粒,在電子顯微鏡下,對碳的顆粒做了碳同位素分析,最後的結果令人振奮:碳同位素組成非常像我們地球上的生命物質來源的碳的同位素。

這件事情轟動了世界,中國科學家領銜日本、德國、瑞士科學家在北京完成全部測試工作,證明火星曾經有過生命。緊接著半個月以後美國NASA(美國國家航空航天局)“好奇號”探測車在火星上打鑽孔取樣也找到這種碳顆粒,也證明火星曾經有過生命,這一下子使大家感覺到非常振奮,這是目前為止關於火星有生命的問題最好的結果,跌宕起伏的火星生命探測已經展示出令人鼓舞的前景。但是最終要證明火星曾經有過生命,一定要在火星過去的30幾億年的沉積岩裡面找到化石,你才可以確證它以前真的有生命,所以征程還是很遙遠,任務很艱巨。但我相信,科學家們一定會堅持到底,一定要把這個問題搞清楚,火星生命的探測仍然鼓舞著人們持續探測火星。

【火星還能活多久?】

任何天體跟人一樣有誕生、有成長、有死亡。地球已經46億年了,雖然活力還很強,但是假如這麼耗損下去,估計還可以支持自己45億年的活力,也就是說地球內部的能量是在衰減的。現在地球是壯年時代,然後發展到老年,最後就沒有活力了,那個時候就沒有火山活動,沒有板塊運動,也沒有強烈的地震,地球慢慢冷卻,最後就變成一塊大石頭,但是仍然自轉、公轉。當然,即使地球死亡,也不會影響地球表面全部生命。太陽也會有一天死亡,據天文學家們測算,太陽的壽命還有50億年,最後要變成紅巨星,也會死亡。但是不用過度擔心,我們連50年以後科技怎麼發達都不知道,何況50億年?所以我堅信,人類未來仍然是美滿、幸福的。

那麼火星呢?上海科技教育出版社出版的《火星科學概論》系統地介紹了火星的歷史。大概是在30億年以前,火星很年輕,活動性很強。後來越來越弱,到現在已經老態龍鍾了,活力減少了,以後慢慢地也會固化,內部的磁場也會消失。

火星為什麼是歪著的?這個可以從月亮的成因中找到答案。近30年來,有一種理論越來越得到證明:大概在45億年以前,太陽系形成不久,其中有大大小小的天體。一天,有個火星大小的天體撞上了地球,撞出了很多碎塊。這些碎塊就在地球邊上慢慢彙集起來,最後形成了月亮。45億年前的這一撞,還給地球留下一個“殘疾”。此前,太陽系的八大行星都是直著圍繞太陽自轉,它們的自轉是逆時針方向的,圍繞太陽的公轉也為逆時針方向,且都在一個平面上,規規矩矩的。但地球被這一撞就被撞歪了,歪了23.5度。但是這個“殘疾”簡直是天緣巧合,如果是直著自轉,繞著太陽公轉,地球上每一個地方永遠是一個季節,歪了才有了春夏秋冬,所以地球表面豐富多彩。火星在那個時候也被撞歪了,跟地球歪得差不多;金星很慘,撞翻了,因而其他行星都是逆時針方向轉的,只有金星順時針方向轉;天王星更慘,被撞“躺”下了。

【再造一個地球,有可能嗎?】

我們能不能為地球、為全人類找到另外一個安全的棲息地,讓人類有兩個棲息地,這是非常重要的一個設想。目前全世界科學家公認,只有改造火星是最好的選擇和物件。要改造火星,科學家們已經經過幾十年的研究,提出了他們的步驟,我也與人合寫了一本科普書叫《再造一個地球》。

首先要提高表面溫度,讓火星的冰蓋融化,讓它的表面能夠保持液態水,在火星上自造溫室效應。在地球上,我們現在呼籲減排,不能釋放更多二氧化碳,這主要是因為溫室效應會讓溫度不斷提高,導致很多嚴重的後果,比如北極和南極冰蓋融化,海平面上升,一些地勢低窪地區甚至會被大水淹沒。但是在火星上,卻是排放越多越好,這樣使它增加大氣層溫室效應,提高表面溫度,讓火星表面冰蓋融化,然後慢慢出現液態水,再逐漸一步一步改造。

下一步改造大概需要經歷七八個步驟,要花一個世紀到兩個世紀努力。剛開始登陸火星後,必須居住在密閉的地下或地面的艙室裡,也許最好是用機器人上去,發揮它們的智慧作用進行改造。隨著火星溫度上升,有水流存在,再引種地球可以產生氧氣的植物,逐步提高氧氣濃度,使火星居民逐漸可以不穿宇航服,走向火星的表面,這樣就將紅色的火星逐步改造成為一個藍色的火星。通過人類的智慧和努力,火星完全可以改造成生機盎然的小地球,再現青山綠水,成為人類第二家園。到那時,地球和火星都會處於太陽系的“宜居帶”裡。

在火星探測領域,中國是後來者,現在已經進行過各種類型探測,但是人還沒有上去。火星探測受到限制,不是你想什麼時候去就能去的,因為地球是在太陽附近第三個行星,火星是第四個,大家共同繞著太陽轉,有時候地球在太陽這邊,火星在太陽那一頭,你根本沒有辦法到達火星。所以,科學家們算來算去有一個視窗,大概26個月有一次機會。從地球發射探測器,大概經過8個月的飛行到達火星。錯過發射視窗,就必須26個月以後再來一次。“機遇號”軌道就是這樣選的,但它只用了6個多月就降落在火星上。

在2021年前,我們國家要實現的深空探測任務主要有三項。第一,今年“嫦娥五號”要飛到月球上,把樣品采回地球;第二,2018年中國將發射“嫦娥四號”,將首次實現人類探測器月球背面軟著陸,首次實現人類航天器在地月L2點對地對月中繼通信;第三,在2020年左右有一個發射火星探測器的視窗,大概在年初將發射中國的第一個火星探測器飛向火星,約在年末到達火星。我們現在的配置是有一個衛星繞著火星飛,全面、系統、綜合性探測火星。同時,我們還有一個火星車要著陸在火星上。“嫦娥三號”已經著陸過月球,利用“嫦娥三號”反推的辦法讓它降落在火星上,我們已經選好了地方。天上地上聯合探測火星,這裡面有很多新的任務,包括要探測火星地下水的分佈,因為我們還是關注于火星的生命,還是期望能夠找到火星的生命。地下水也牽扯到以後對火星的改造利用等,這些都是有關係的。

(整理人:王珍)

【思想者小傳】

歐陽自遠 中國科學院院士、中國科學院地球化學研究所研究員、國家天文臺高級顧問、發展中國家科學院院士和國際宇航科學院院士。1993年以來,主要從事中國月球與深空探測的近期目標與長遠規劃制訂,設計我國首次月球探測的科學目標、載荷配置以及第二三期月球探測的方案和科學目標,是中國月球探測工程首任首席科學家。為弘揚歐陽自遠的學術貢獻和科學精神,一顆由國家天文臺於1996年發現並獲得國際永久編號第8919號的小行星,被命名為“歐陽自遠星”。(作者照片由上海圖書館提供)

(本文僅代表作者個人觀點。欄目主編:王珍,郵箱:shhgcsxh@163.com)

題圖來源:視覺中國、新華社 欄目主編:王珍 圖片編輯:蘇唯

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