在火星建立家园需要多少人？科学家新理论出乎意料：只需110人
随着世界人口不断增加 ， 地球资源的不断开采 ， 我们越来越需要一个新的家园 ， 来缓解地球可能将要面对的沉重负担 。 火星无疑是最佳的选择 ， 但是 ， 想要在火星上定居 ， 我们要解决的问题还有很多……
下一站 ， 火星
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（图片说明：马斯克构想的火星α基地）
几乎可以肯定 ， 火星已经被选定为人类的下一站 。 科技狂人马斯克甚至放出豪言 ， 要让100万人在2050年时登陆火星 。
当然 ， 我们也不可能一开始就将这么多人送上火星 ， 而是要经历一个漫长的发展过程 。 根据NASA的计划 ， 他们将在2033年首次送宇航员登上火星 。 不过 ， 这也只是进行人类第一次载人登陆火星的探索任务 ， 距离定居还有很多工作需要做 。
不过 ， 总有一天 ， 会有一批人类的先驱 ， 在火星上建立第一处人类的家园 。 在第二批人类登陆火星之前 ， 他们不得不想方设法自给自足 ， 形成一套稳定的生活流程和习惯 ， 打造一片世外桃源 。
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可是 ， 人们对于殖民火星的可行性始终抱着不同的态度 。 有人认为2050年殖民火星过于夸张 ， 但有人也相信这是必然 。 当我们认真分析他们的证据时 ， 竟然发现都有道理……
人类过于乐观 ， 却也不必悲观
波尔多高等理工学院Jean-MarcSalotti教授 ， 最近在《自然·科学报告》上发表了一篇题为《在另一个星球上生存的最少定居者人数》的文章 ， 提出了一个惊人的言论：我们对于殖民火星的想法 ， 可能过于乐观了！
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（图片说明：NASA火星侦察轨道飞行器上的HiRISE相机拍摄到的火星陨石坑 ， 周围白色的是水冰 ， 未来登陆火星的人类或许在极大程度上需要依赖火星仅有的一点水资源来生存）
在过往的研究中 ， 其他科学家通常都是从人类组织、所需设备、获取星球资源、必备技能等方面来思考这个问题 。 Salotti指出 ， 随着这些问题都被讨论过许多次了 ， 但仍然有许多变数是我们无法预计的 。
为了满足前面那些问题 ， 以往的科学工作者都预期第一批定居火星的人类数量会非常大 。 马斯克的SpaceX公司甚至正在开发Starships飞船 ， 希望能够每一艘都搭载100人前往火星 ， 甚至在未来建立一个舰队 。
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（图片说明：SpaceX甚至设想了Starships在木卫二上登陆的场景）
对此 ， Salotti表示非常怀疑：“这是乐观估计了自己的实力 ， 可重复使用的火箭仍然有很大的不确定性 ， 而且航天器在登陆火星后重新起飞恐怕会非常困难 ， 或许需要几十年的时间 。 ”
除此之外 ， 还有很多问题同样充满了不安定的因素 。 比如以往研究人员提出的就地取材模式 ， 如从火星大气层中提取可用气体、从土壤中提取矿物质、利用当地资源炼铁、合成化合物或者制造玻璃等等 。 这些都让Salotti非常怀疑 ， 他认为：就算这些项目可以实现 ， 我们也不得不考虑其复杂程度 ， 以及当地资源的数量 。
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总的来说 ， 殖民火星绝不是上嘴皮碰下嘴皮那么简单 ， 我们还有很多问题需要解决 。 但是 ， 我们也不必过于悲观 ， 因为以往的思考可能只是偏离了方向 ， 但未必完全错误 。
没希望了？no！
Salotti认为 ， 上面提到的问题 ， 并不是证明我们不可能殖民到其他星球 ， 而是提醒我们要审视一下怎样的殖民才最高效 。 以往的研究都认为：决定第一批火星居民生存时间的 ， 将是他们的“起点” 。 简单来说 ， 就是为他们做好一切准备 ， 各种工具、补给等 。
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但是Salotti意识到：这些“起跑线”上的因素远没有想象中的那么重要 。 针对自己的观点 ， 他提出了两点理由：第一 ， 由于航天器的运输成本极高 ， 所以我们很难准备到万全；其次 ， 任何工具都有其寿命 ， 等到工具报废了该如何生存？另外 ， 他还有第三个理由 ， 虽然没有罗列 ， 但是我帮他总结了一下：万一由于某种因素导致地球无法向火星运输补给 ， 那么火星上的人该如何生存？
因此 ， “授人以鱼不如授人以渔” ， 与其让第一批火星居民“生于忧患 ， 死于安乐” ， 不如把重点从起跑线转移到如何让他们自给自足上来 。 而这 ， 正是Salotti本篇论文的重点 。
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他认为：假设有一些人成功登陆到某一颗星球准备定居 ， 那么决定这些人生存能力的因素主要有两个方面：
当地资源的可利用性 。 这里说的资源包括水、氧气以及各种化学物质 ， 而且不仅仅是可以利用那么简单 ， 还必须要尽量降低开采的难度和成本；
生产能力 。 不仅仅要生产足够的生存的必需品 ， 还要有自己生产工具的能力 。
所有这些方面 ， 都依赖于一个相对复杂的社会组织 。
如果有一个人生活在火星上 ， 他不得不为了自己的生存完成所有必要的工作 。 比如 ， 他必须建立和维护专门的设备 ， 来获取饮用水、氧气以及电力 。 如果每一天都要为这些事忙得焦头烂额 ， 显然他的负担会非常巨大 。
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因此 ， 如果有更多的人 ， 和他一起分工合作 ， 由极少数的人专项完成这个任务 ， 制造出来的资源供集体使用 。 当人们都各司其职 ， 工作效率将会大大提高 。 因此 ， Salotti始终坚信 ， 即使是第一批居住在火星上的人类 ， 不管规模多小 ， 建立这样的共享机制是非常必要的 。 为此 ， 他提出了共享因数的概念 。
只需要110人
Salotti指出：我们可以通过一系列不同的函数计算出共享因数 ， 估算出单位时间工作能力与单位时间工作量需求之间的关系 。 这个公式非常复杂 ， 我们就不过多介绍了 。 什么？你觉得你能看懂？好吧 ， 公式给你 ， 拿去不谢~
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好了 ， 咱们不妨直接享用他的成果 ， 那就是他最后简化出来的曲线 。
如下图所示 ， 蓝色线为单位时间工作量需求 ， 黄色线为单位时间工作能力 ， 纵坐标为时间 ， 横坐标为初始人数 。 可以清楚地看到 ， 当初始人数达到110的时候 ， 蓝线则会降到黄线以下 ， 这意味着：只要有110人 ， 火星上的第一批居民就可以自给自足了 。
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（图片说明：Salotti构建的模型曲线）
当然 ， 共享因数本身也是受到一些因素影响的 ， 比如需求、所在的星球（实际上他讨论了所有星球的共享因数 ， 这个曲线只是火星的例子）等等 。 他总结了一下 ， 第一批火星居民需要通过共享模式获得的生存必需品有5种：
所在地的生态系统 ， 如水资源、大气成分、地面结构等；
能源生产；
产业系统；
建筑；
【在火星建立家园需要多少人？科学家新理论出乎意料：只需110人】人为因素及社会活动 ， 包括教育、娱乐等方面 。
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（图片说明：Salotti总结的影响共享因数的5大因素）
在总结了5大因素之后 ， Salotti针对火星进行了专门的模型构建 ， 告诉我们第一批生存在火星的人类需要面对什么样的生存环境 。
先驱者的火星生活
如果火星上的先驱者们可以轻松地获得地球的补给 ， 这对于我们来说没有任何科研的意义 ， 也无法为最坏的情况做好充足的准备 。 因此 ， Salotti首先进行了一个假设：那就是出于某种不可控的因素 ， 地球上的物资无法再运输到火星 。 这意味着从此以后 ， 火星上的先驱者们一切只能靠自己 。
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好在 ， 此前已经有太多人思考过火星上的生活了 。 从生命支持系统 ， 到农业生产 ， 再到工业发展等各个方面 ， 不论是期刊还是书籍 ， 都有大量研究人员的科学结论 。 同时 ， Salotti也参考了一些科学爱好者中比较认真的方案 ， 比如火星协会举办过的征集可行的火星生存方案的比赛等等 。
总的来说 ， Salotti以时间为基础来寻找问题的答案 。 就像上面说的那样 ， 110人将是一个比较合理的数字 。 少于110人 ， 生活结构可能就不会这么合理；如果人数进一步增加 ， 那么日常消耗也会增加 。
他估算了1个人生活在火星和110人在火星上以共享的方式生活两种情况下 ， 平均每个人在不同项目上消耗的时间 。 如果是一个人独自作战 ， 他的一半时间都要完成满足自己生存需求的所有工业活动；如果是110人的组织 ， 他们将有一半的时间用于医疗、文化、育儿等人文活动 。
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（图片说明：1人vs110人生活在火星上的时间分配图）
显然 ， 一个人把所有精力用在简单的生存活动上是不合理的 。 当人数达到110人时 ， 一个人的时间分配就会变得相对合理 ， 生活也更容易 。 这就是Salotti的结论 。
总结
Salotti指出：他的这个估算也不是完全精确的 ， 因为其中涉及了很多的不确定因素和假设 ， 这是不可避免的 ， 因为我们对于火星的了解还相当有限 。 不过 ， 这并不影响其实用性 ， 因为我们可以在此基础上添砖加瓦 ， 完善模型 。
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（图片说明：人类定居火星假想图）
总之 ， 几乎可以确定 ， 人类早晚有一天要在火星上生活 。 在殖民之前 ， 我们必须有一套理论来指导 。 也许是Salotti的模型 ， 也许是其他某个科学家的理论 ， 只要能够指导我们在火星上的生活 ， 就可以成为我们殖民的工具 。
人类走出地球 ， 前往太阳系各个角落的步伐不会被阻挡 。 不过 ， 这一步到底走得踏实不踏实 ， 就要看科学家的工作是否完善了 。 毕竟 ， 谁也不想在登陆火星的时候 ， 只是被当做一堆炮灰 。
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