人类下一个目标：火星

人类下一个目标：火星

主讲人：卞毓麟中国科学院北京天文台教授、中国天文学会常务理事、天文学名词审定委员会主任

火星简直就是一个袖珍的地球

除了自己生活的地球之外，人类现在唯一到过的就是月球。1969年7月，人类在月球上留下了第一个脚印。在踏上了月球之后，接下来人类又将往哪里去？

据悉，月球距离地球不过384400千米。但是，经过几十年的探索后发现，尽管月球有丰富的资源和能源，但月球表面没有任何大气，是超高真空状态。月球并不适合我们人类居住。

在太阳系中，金星和火星是地球的近邻。

但是，金星的环境非常恶劣。金星的大气层非常浓厚，而且里面充满着温室气体二氧化碳。金星现在的表面温度已超过450度，把金属铅或者金属锡放在上面都能熔化，因此金星也不是人类的好去处。

“火星之所以吸引我们，还有一个原因就是它和地球很相似，有时候人们觉得它简直就是一个袖珍的地球。”“火星的直径比地球的一半还要大，相差不算太悬殊。火星的质量大概是地球的0.11，而月球的质量只有地球的1/80；火星的一昼夜是24小时40分钟，比地球的一昼夜只长了40分钟；此外，火星上的四季也和地球上差不多。”

像地球一样，火星上有大气，虽然大气比地球稀薄；火星上的气温大致和地球的南极洲相近，不过在夏天比较暖和的时候，有时候气温还是高于零度，不算太冷。

除了月球、火星，其实我们人类还探测了其它许多行星，如木星、水星、海王星等。人类探测包括火星等这些无人星球，还有一个重大的意义在于，为我们人类研究地球的复杂气候、生命等提供参考。

火星上究竟有无生命？

最近，美国火星探测器“好奇号”在火星上探测到了甲烷等有机物让世界为之振奋。火星上究竟有无生命，再次成为全世界关注的话题。

据悉，2013年12月“好奇号”火星车负责人就发布了一组文件，他们表示对火星存在生命的可能性感到有信心。虽然火星上到现在为止还没有发现生命，但是现在人类送到火星上的探测器、火星车毕竟活动范围有限，对整个火星探测还不够。

除了寻找生命，科学家还在寻找火星上有水的证据。2004年美国的“机遇号”火星探测器拍到了一张火星岩石的照片，这块岩石上的纹理让科学家们推测，应该是成千上万年流水的侵蚀而形成的；另外还拍到了火星上的云，虽然火星上由于温度比较低，它的云是由冰晶形成的，而不像地球上由水汽形成，但云的发现也是令人欣喜。

2005年美国发射的“凤凰号”火星探测器，在火星上发现了冻土层，按照体积计算冰的含量高达80%，据此推测这应该是有大量的冰在火星的地表之下。

而最近“好奇号”发回照片的最大进展是，似乎能证明火星上确实有一个古老的湖泊，并在湖泊的周围发现了雪的迹象；还有和地球上类似的河床，河床中有不少圆形的石子，这应该是经过流水冲刷才会形成的，像地球上的鹅卵石一样。

“现在发现了好多有利于生命的迹象，却没有确凿地找到火星上的生命。但至今没有发现任何生命，不等于那里就没有生命，有水就有可能存在生命，所以人类仍然在努力寻找。”

地球到火星需多少时间？

人类已经踏上过月球，什么时候会踏上火星？

大概2030年以后宇航员应有机会亲临火星。而在2020年左右，火星探测器有希望将火星上的样品带回到地球。

对人类来说，去月球似乎已经不是一件很难的事了，但是地球离火星有5600公里，比到月球上要远150倍。这还是一个不小的挑战。

5600万公里到底有多远？“我们乘高铁现在到上海不到一个小时，如果以高铁每小时时速300公里的速度，从地球开到火星大概要开20多年，即便是宇宙飞船，从地球飞到火星也要半年多。”

火星环境地貌

温度

火星的轨道是椭圆形。因此，在接受太阳照射的地方，近日点和远日点之间的温差将近160摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K（开尔文，温度单位，即从绝对零度-273.15℃开始的摄氏度）（-55℃，-67℉），但却具有从冬天的140K（-133℃，-207℉）到夏日白天的将近300K（27℃，80℉）的跨度。尽管火星比地球小得多，但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。

大气

火星的大气密度只有地球的大约1%，非常干燥，温度低，表面平均温度零下55℃，水和二氧化碳易冻结。在火星的早期，它与地球十分相似。像地球一样，火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动，火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中，从而无法产生意义重大的温室效应。因此，即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置，火星表面的温度仍比地球上的冷得多。

火星的那层薄薄的大气主要是由遗留下的二氧化碳（95.3%）加上氮气（2.7%）、氩气（1.6%）和微量的氧气（0.15%）和水汽（0.03%）组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴（比地球上的1%还小），但它随着高度的变化而变化，在盆地的最深处可高达9毫巴，而在奥林匹斯山脉的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应，但那些仅能提高其表面5℃的温度，比我们所知道的金星和地球的少得多。

水的存在

火星的低压下，水无法以液态存在，只在低海拔区可短暂存在。而冰倒是很多，如两极冰冠就包含大量的冰。2007年三月，NASA（美国国家航空航天局）就声称，南极冠的冰假如全部融化，可覆盖整个星球达11米深。另外，地下的水冰永冻土可由极区延伸至纬度约60°的地方。

在1965年“水手4号”首次飞掠火星之前，很多人猜测火星上有液态水，因为望远镜观测到的明暗特征犹如陆地和海洋，而一些细长条纹则被认为是灌溉用的运河。虽然之后证实细线并不存在，可能只是错视，但火星很可能拥有液态水，甚至生命。火星快车号和火星侦察轨道器的雷达资料显示两极和中纬度地表下存在大量的水冰。2008年7月31日，“凤凰号”直接于表土之下证实水冰的存在。

地质结构

火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成；外包一层熔岩，它比地球的地幔更稠些；最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言，火星的密度较低，这表明，火星核中的铁（镁和硫化铁）可能含带较多的硫。如同水星和月球，火星也缺乏活跃的板块运动；没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动，在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微应力，造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是，人们却未发现火山有过活动的迹象。虽然，火星可能曾发生过很多火山运动，可它看来从未有过任何板块运动。

从神舟5号到神舟10号，从嫦娥3号到月兔号，中国的航天事业已为世界所瞩目。那么中国什么时候发射探测火星的飞船呢？很可能是2018年或者2020年。

“中国将要发射空间站，而载人登月和载人登火星，都需要空间站的支持。这相当于是块跳板。”载人飞船最怕的就是带的东西太多。载人飞船从地球到火星要半年多，再加上在火星上工作的时间以及回来的时间，如果一个载人飞船有三个人，这三个人一年多时间的食物该如何运送到火星？这是个难题。因为宇宙飞船中的仪器设备重量和体积都是极其严格限制的。

“所以只有一个办法，就是把要吃用的东西先多次发射到太空中间站去，然后再发射宇航员的飞船上天，让它们在空间站汇合，再一起飞往火星。这样需要的推力和燃料，就比从地球上直接发射上去小多了。”

火星能否成为人类家园？

地球似乎现在人满为患，有一天人类会否移居太空？移居太空有各种各样的可能性，而其中一种可能就是移居火星。

但是现在的火星还是一个红火星，似乎还并不适合人类居住。“火星上面铁的化合物很多，有点像地球上的沙漠，也像铁锈。”能不能“火星地球化”，有朝一日使火星变成一个绿火星，有河流、有植物，最后变成像地球一样的蓝火星？这看似天方夜谭，但科学家正在研究这个问题。

现在科学家们有不少大胆的设想。例如，借助于地球上人工的方法在火星上面实行一场温室效应革命，在火星上面释放大量二氧化碳、甲烷等温室气体，使得火星表面温度有所提高。温度升高后，火星下面的岩石中、土壤中的二氧化碳和水蒸气就会自动释放到大气层中间，大气会不断地增加，大气的浓度也会增高，逐渐形成一个良性的循环。然后逐步培养各种植物，释放氧气。当火星上有了广泛的植被之后，地下就会释放更多的水，在1000年或者更长的时间之内，火星就可能达到充分的地球化。

“如果真的成功了，将来我们地球上的人可能就变成了两种人，一种人继续生活在地球上，还有一种人到火星上去生活，那时候不是火星人入侵地球，而是地球人移居火星，火星将成为人类的又一个家园。”

（本文系卞毓麟先生在杭州市科协、杭州市科技工作者服务中心、市委党刊《杭州》杂志社联合主办的“杭州科学大讲堂”第87讲上的演讲，文中观点不代表本刊立场）