马斯克担心活不到人类登陆火星（科学家发文质疑马斯克殖民火星说法）

马斯克说，火星的新居民终将让这颗行星实现地球化，那里将成为“一个不错的好去处”。

作为SpaceX的首席执行官兼首席设计师，马斯克希望让人类成为“多行星物种”，而火星就是起点。

这颗红色的行星距离地球比较近，地表曾经有过海洋和河流，而且至今仍有冰川和地下湖泊的存在。此外，火星的气候也大有可为，该行星的表面温度范围（华氏-285度到88度）跟地球（华氏-126度到138度）差不了多少。问题在于，火星大气现在的气压只有0.006巴，而地球海平面的标准气压是1巴。这不仅意味着危险水平的辐射可以畅行无阻地到达火星表面，而且人类至少需要0.063巴的气压来保持我们的体液不至于被煮沸（这被称为“阿姆斯特朗极限”）。

所谓地球化，就是对一颗行星的气候、地形或生态进行改造，以使其更适宜生命生存。如果我们能够将火星的大气压力提升到略高于珠穆朗玛峰峰顶（0.337巴）的水平，我们只需要戴着呼吸面罩就能在火星表面行走，不再需要穿戴加压太空服。这或许可以被称为弱地球化：这样的改造还无法让植物在温室以外的土壤中生长。

左边是早期火星环境的艺术渲染图，右边是火星如今的样子。

为了达到那样的效果，我们需要用到大量的氮，远超科学家目前在火星表面勘明的水平。而且，我们还是无法直接呼吸火星的空气。

但在马斯克看来，至少弱地球化是可行的。2016年，他在墨西哥举行的国际宇航大会（International Astronautical Congress）上表示：“事实上，如果我们能够让火星升温，我们将让这颗星球再次拥有浓厚的大气层以及液态的海洋。”

但事情真是这样吗？

不，短期内根本做不到。至少布鲁斯·贾科斯基（Bruce Jakosky）最近在评估这一构想时是这样认为的，他是来自科罗拉多大学博尔德分校（CU Boulder）的空间科学家，同时也是美国宇航局（NASA）火星大气和挥发物演化任务（MAVEN）探测器的首席研究员。

贾科斯基表示，地球化的概念日益普及（部分功劳属于马斯克）促使他和同样来自博尔德分校的地质学家克里斯托弗·爱德华兹（Christopher Edwards）对地球化的可行性进行了评估。他们的结论是：行不通，“使用现如今的技术根本做不到”。

在7月发表于《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志的论文中，他们直接提到了马斯克，并驳斥了后者使用核武器轰击火星极地冰盖以进行地球化改造的想法。他们认为，从冰盖中释放的二氧化碳数量并不足以引发失控温室效应（RGE）。

7月30日，《发现》（Discover）杂志在推文中链接了一篇文章，题为《对不起，伊隆，没有足够的二氧化碳来让火星地球化》，并以此来向马斯克喊话。

于是，马斯克进行了反击。

“在火星上，大量二氧化碳被吸附在土壤中，加热之后便会释放出来。”他这样回复《发现》杂志的推文，“通过人工或自然（太阳）核聚变产生足够多的能量，我们几乎可以让任何大型岩石天体地球化。”

《发现》杂志又用一则推文反驳马斯克的评论，而后者在第二天两度做出回复。第一次，他发推说：“哦，是吗？我会看看你们专家说了什么，也要给你们介绍一位在@NASA 工作的克里斯·麦凯（Chris McKay）。”然后，过了三分钟，他再次发推：“科学道理”，后面还加了红心、显微镜以及流星的表情符号，并链接了麦凯在1993年与人联合发表的一篇论文，题为《火星地球化的技术要求》。

如果火星大气中的二氧化碳至少有75%已经逃逸到太空，那么这就意味着火星地下浅层几乎没有留存多少早期的浓厚大气供我们调用。

麦凯是美国宇航局艾姆斯研究中心（Ames Research Center）的行星科学家，为什么马斯克要相信他而不是其他专家呢？

笔者联系了麦凯，询问他是否看过贾科斯基和爱德华兹7月发表在《自然-天文学》杂志的那篇论文。该论文指出，MAVEN探测器在过去4年，以及火星快车号探测器（Mars Express）在过去15年，都曾实时观测到火星大气逃逸的现象；而火星勘测轨道飞行器（MRO）和火星奥德赛号探测卫星（MO）则对“极地冰盖中含碳矿物的丰度以及二氧化碳的排放情况”进行过分析。

论文作者表示，这些新数据点表明：首先，火星浓厚的古代大气层大部分已经逃逸到太空，而不是转移回目前尚未勘明的地下浅层二氧化碳储层；其次，不管火星地下有多少二氧化碳，都“无法获取，因而无法被调用起来”释放到大气层。

“我知道这篇论文。”麦凯说，“他们正确的地方在于，火星地球化的关键问题确实是二氧化碳、氮气和水的含量。不幸的是，我们还没有什么新手段可以来解决这个问题。”在麦凯看来，贾科斯基和爱德华兹指出的那些新数据还不够好。

麦凯让笔者阅读一篇1991年发表在《自然》杂志上的论文，由他跟两位同事——欧文·图（Owen Toon）和詹姆斯·卡斯廷（James Kasting）——共同撰写，题为《让火星适宜居住》。麦凯说，他当时得出的结论至今仍然适用，即我们仍然不清楚火星上二氧化碳、水和氮的含量和分布情况。

“对于地表之下二氧化碳的数量有多少，我们仍然非常不确定。我们没有很好的数据，我们将需要深入钻探才能获取这些数据。”他表示，贾科斯基和爱德华斯得出火星近期内不可能地球化的结论还“为时过早”。

麦凯并非唯一持这种观点的人，他1993年那篇论文的共同作者罗伯特·祖布林（Robert Zubrin）也有相同的看法。

祖布林是一位航天工程师、作家兼火星协会（Mars Society）的创始主席，该协会是一家倡导火星地球化的非营利组织。今年8月，祖布林在接受全国广播公司新闻频道（NBC News）采访时表示，在火星建立文明将“增加人类文化的优势和活力”。此外，他还认为，火星应该成为美国宇航局太空计划的目标。

当被问及对贾科斯基的看法时，祖布林答道，他“不仅假装掌握自己所没有的知识，而且那种知识还跟已知的数据完全矛盾。”例如，贾科斯基在《自然-天文学》那篇论文中强调的最新研究结果表明，火星古代大气中的二氧化碳至少有75%——也就是0.5巴——已经在数十亿年前逃逸掉了，可能由太阳风和极端紫外线活动等因素造成。如果火星大气中的二氧化碳至少有75%已经逃逸到太空，那么这就意味着火星地下浅层几乎没有留存多少早期的浓厚大气（根据贾科斯基的说法，不到1巴）供我们调用。

贾科斯基和爱德华兹写道，“显而易见，一旦气体逃逸到太空，它们就再也无法被调用回大气层了。”在他们看来，留在火星地表可供获取的二氧化碳只有少得可怜的0.020巴。

对于那75%的逃逸，贾科斯基是这样计算的：假设如今观测到的太阳风和紫外线活动在过去也曾发生，但强度更大（基于从类日恒星推算出的太阳演化历史，他认为这一假设是成立的）。然后，把火星大气中碳13和碳12的比值跟地表中碳13和碳12的比值进行比较。由于大气中较重的同位素倾向于留存下来，而较轻的同位素倾向于飞走，那么大气二氧化碳中较重同位素的丰度将与地表的数值有所不同。贾科斯基和爱德华兹写道，这种差异表明，火星大气中的二氧化碳至少有四分之三已经流失了，而“逃逸到太空是火星古代二氧化碳这种温室气体的主要流失途径”。这跟祖布林和麦凯支持的观点相反，即另外的情况导致火星大气中的二氧化碳流失，但仍然留存在这颗行星上——要么被吸附在土壤中成为干冰，要么被锁在含碳矿物之中。

好奇号火星探测器搜寻数据。

在祖布林和麦凯看来，这正是贾科斯基与已知数据相矛盾之处。他们告诉笔者，0.5巴的大气二氧化碳流失虽说不能作为结论性的论断，但至少是合理的（麦凯说：“他们到底测量的是二氧化碳流失还是氧气流失，这里面存在着一些争议。”祖布林说：“那种说法有争议，但我们姑且搁置，因为贾科斯基在这里至少还是用数据在说话。”）。

祖布林和麦凯无法认同的是贾科斯基的碳同位素分析：祖布林说，0.5巴的大气二氧化碳流失不可能代表火星最初大气总量的75%或者更多，这是因为“基于古代火星上液态水的已知数据，曾经至少有2巴的二氧化碳”包裹着这颗行星（当时地表的碳含量未知）。如果是这样的话，那么与贾科斯基的结论相反，火星地下浅层储层中将留存有超过1巴的二氧化碳，它们被蒸发后足以引发失控温室效应。

此外，祖布林还指出，科学家并不知道火星上碳12和碳13的原始比值是多少，而贾科斯基在其论文中也或多或少地承认了这一点（他是从火星陨石中推算出古代数值的）。祖布林补充说，最重要的是，贾科斯基“不知道地下土壤中碳12和碳13的比值”。“那可能跟大气中的比值有着很大的不同，因为如果火星的大部分二氧化碳被固定在风化层（即覆盖在基岩上的未固结岩石材料层），那么“在数十亿年前，当大部分大气逃逸到太空时，两个储层留存的二氧化碳成分将截然不同”。麦凯对此表示认同，他说：“这里的同位素数据仅仅指的是与大气有接触的碳储层，与大气隔绝的碳酸盐岩石和二氧化碳干冰沉积物并不能通过地表碳同位素比值来进行衡量。”

例如，火星南极的冰盖就拥有跟大气隔绝的沉积物矿藏。“这些地方尚未被很好地了解，它们的规模也未能完全确定。”麦凯说道。他提到2016年的一项研究，当时科学家使用火星勘测轨道飞行器上的浅层雷达（Shallow Radar）对该区域进行了远程测绘，结果发现那里的地表下拥有足够多的二氧化碳干冰，如果将之蒸发，那么就有可能让火星的气压增加一倍至0.012巴。

当然，那还远远不足以让人类不穿加压太空服就行走在火星表面，我们还需要找到更多的二氧化碳矿藏并把它们释放到大气当中。位于南极的矿藏“相对年轻”，麦凯说，“但火星更深的地方可能存在老的矿藏。”对他而言，MAVEN探测器和火星快车号探测器传回的数据结果是“一个加分项”，因为“几乎所有的气候模型都表明，早期的火星必然拥有几个巴的二氧化碳”，他说，“所以必然还有几个巴留存”在地下浅层矿藏中，在那里被埋藏了数十亿年。

想象一下，1890年时火星上某个人要对地球的石油储量进行估测，而那个人根本没有在地球上进行钻探。

笔者把这些话传达给了贾科斯基，他回复说，他认为火星地表或地表附近已经几乎没有二氧化碳（大约相当于0.020巴）可供蒸发。这个估算是基于他的大气二氧化碳流失分析以及这样一个事实，即我们在对火星地表下10厘米进行探测后发现那里没有大量二氧化碳存在的迹象。在火星的其他几个地方，包括撞击陨石坑和巨大裂谷（比如水手号谷），也没有发现大量的二氧化碳，而这两种地表特征已经显露出火星不同深度的地壳层。

因此，如果火星上还埋藏有二氧化碳，它们必然位于难以触及的更深地下。“你必须对自己看不到的东西做出假设。”贾科斯基告诉笔者，火星上可能还留存着大量埋藏的“深层碳酸盐化”二氧化碳，但那些是不可企及的。他和爱德华兹写道，“虽然碳酸盐矿藏的数量没有正式的上限——人们总是可以争辩说，它们很好地隐藏在我们尚未或无法观测到的地方——但那样的矿藏从地质学上来说不太可能真实存在，而且很难或者根本无法挖掘出来用于地球化改造。”

对于同样的信息，麦凯得出的结论则不那么悲观，也不那么确凿。“遗憾的是，在过去20年中，我们对火星地表之下知之甚少。我们需要更多的数据。”他对笔者说，“这颗行星的大小跟地球的大陆差不多，而且不同的地方看上去非常不同。”祖布林让我想象一下，1890年时火星上某个人要对地球的石油储量进行估测，而那个人根本没有在地球上进行钻探。“那就是贾科斯基的立场，”他说，“那太荒谬了，太可笑了。”

如果贾科斯基错了，火星确实埋藏着几个巴的二氧化碳可供我们调用，那么我们就有可能迅速对火星进行地球化改造。“基于温室气体排放让地球升温的速度进行推断，我们有可能在100年内将火星转变为温暖的气候状态。”麦凯在其为Nautilus撰写的文章中解释道，“最高效的方法是产生超级温室气体，比如氯氟烃，或者更好的全氟化合物，它们无毒，不会影响臭氧层的形成，而且能够抵挡太阳紫外线辐射的破坏。好奇号探测器最近已经证实，火星岩石中含有氟，所以材料就地可取。”

在2001年的一篇论文中，麦凯和航天工程师玛格丽塔·马里诺娃（Margarita Marinova，现任SpaceX火星和载具系统开发高级工程师）写道：“要产生足够多的（全氟化碳）将火星温度升高约9华氏度，需要约4x1020焦耳的能量，相当于大约75分钟的火星阳光照射，这也相当于250个功率为500兆瓦的设施（小型核反应堆的规模）连续工作100年所做的功。”运营那些设施将需要用到很多人，此外还要有人来为火星殖民地的其他需求工作，比如说农业。祖布林认为，在火星启动实质性的地球化改造需要50-100万人。

无论是否可以让火星地球化，起码我们很快就能登陆这颗行星了。马斯克计划使用SpaceX刚刚在上个月发布的大猎鹰火箭（BFR）把人类送到火星，那些火箭在着陆后有一部分将组成“阿尔法火星基地”（Mars Base Alpha），马斯克之前曾在Twitter上发布过基地的渲染图。在澳大利亚演讲时，他向听众展示了这张图片，其中描绘了基地发展成为城镇和城市的情景。他说，火星的新居民终将让这颗行星实现地球化，那里将成为“一个不错的好去处”。

翻译：何无鱼

审校：李莉

编辑：漫倩

来源：Nautilus

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