火星|火星探测器纷纷上天，人类离移民火星还远吗？
上个月 ， 即使是对太空探索再漠不关心的人 ， 也都差不多知道今年是火星大年了 。 而从7月中旬到8月中旬 ， 正好就是两年多才会遇到的火星探测窗口期 。
因此我们就看到 ， 7月份的后半个月里 ， 阿联酋、中国和美国接二连三地成功发射了各自的火星探测器 。
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（佛罗里达州卡纳维拉尔角发射基地）
土豪之国阿联酋率先出手 ， 在7月20日将世界上第一颗火星气象卫星“希望号”发射升空；中国的“天问一号”火星探测器紧随其后 ， 在7月23日发射升空 ， 这次要通过一次发射实现“环绕、着陆、巡行”三项任务的创举 ， 一举跨入火星探索第一队列 。 而美国的“毅力号”也在经历多次延期后 ， 也终于在7月30日成功发射升空 。 这次“毅力号”的亮点是带了一架名为“机智”（Ingenuity）的无人直升机 ， 首次挑战在火星的自动飞行 。
就在“天问一号”火星探测器发射成功后 ， 有媒体询问马斯克：“你觉得中国有没有可能先你一步把人类送上火星？”而马斯克淡定的回应：“那就比赛开始吧 。 到时候来火星后一起喝一杯 。 ”
马斯克这个身家百亿却把豪宅卖光的“穷人” ， 目标就是要“移民”火星 。 据说 ， 马斯克造汽车、造火箭、挖隧道 ， 还有搞能源公司 ， 用赚来的钱和研究出的技术 ， 为“火星移民”做准备 ， 并计划在2050年送100万人上火星 。
对于我们这些整天在地球忙忙碌碌的人类来说 ， 可能会非常好奇：火星到底有啥独特的魅力 ， 吸引这么多国家投入巨资去做探测？还吸引着马斯克这样的科技狂人要去搞什么“火星移民”？现在我们距离火星移民还有多远呢？
不如带着这些疑问 ， 我们“假装”到火星探索一番吧 。
为什么要探测火星？
人类开始太空探索的第一站是月球 ， 第二站就是火星 。 一来是火星的状况与地球最为相似 ， 二来是火星是太阳系里探索难度最低的行星 。
火星的直径约为地球的二分之一 ， 体积约为地球的15% ， 质量约为地球的十分之一 ， 重力就只有地球的三分之一 。 火星也有自转和公转 ， 一个火星日约为24.6小时 ， 与地球接近 ， 但一个火星年约是687个地球日 ， 约是1.8个地球年 。
因为火星的自转轴和公转轨道有一个65°的斜角 ， 因此也有和地球一样四季的变化 。 可能是由于火星重力过小的原因 ， 火星大气非常稀薄 ， 主要成分是二氧化碳 ， 还有少量的氮气 ， 氧气可能都已逃逸到太空当中 。 大气压极低 ， 只有地球的1% 。 这些导致火星的昼夜温差极大 ， 赤道和南北极的温差也更大 。 最有特点的是火星沙尘暴 ， 爆发时可以遮天蔽日 ， 风力是地球最高级台风的数倍 ， 但是因为气体稀薄 ， 只能卷起浓浓的黄沙 。 比地球阔气的是 ， 火星有两个天然卫星 。 因为大气层稀薄、重力小等原因 ， 火星有着远比地球高数倍的山峰、大的多的陨石坑和巨大峡谷这些地貌 。
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（太阳系最长的火星水手峡谷 ， 长度约4500公里）
由于在太阳系里 ， 火星与地球的环境已经是最为接近 ， 所以 ， 探索火星的起源、演变 ， 更能帮助人类了解地球的形成和演化 ， 预测地球的演化趋势 。 据推测 ， 火星之前有可能和现在的地球一样 ， 只是经过几十亿年的演化才成为今年这个寒冷星球 。 相比较另一颗离地球也很近的金星相比 ， 高温、炙热的金星接近地球的过去状态 ， 而寒冷的火星更接近地球的未来状态 。 这也是当年那本情感畅销书《男人来自火星女人来自金星》用来包装的噱头吧 。
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当然 ， 探索火星的现状也非常重要 ， 除了对火星地形地貌、地质结构、大气气候等环境的探测 ， 最重要的一个任务就是探索火星上面有无水和生命的存在 。 当然 ， 即使发现火星生命 ， 应该还达不到“火星人”的地步 。
不管是出于对地球末日的恐惧 ， 还是对征服星辰大海的渴望 ， 移民火星成为众多科学家和企业家的理想目标 。
由于当初美苏太空争霸的激烈竞争 ， 火星探测从上世纪60年代就已经开始 。 截止到今年6月底 ， 人类一共进行了44次火星探测 。 刚刚发射的这三个火星探测器还在前往火星的途中 ， 准备开启它们的火星之旅 。
因为每26个月会出现一次“地火相会”的窗口期 ， 这时火星会成为距离地球相对最近的一颗行星 ， 所以也就成了地球人最执着、研究最多的一颗行星 。 在这一时期进行火星探测的发射能够节约大量的燃料和飞行时间 ， 所以有探测能力的几个国家会在这一窗口期扎堆发射火箭去火星 。
火星探测是如何实现的？
20世纪的火星探测 ， 主要被当时处于冷战中的美国和苏联所垄断 。 第一轮火星竞赛 ， 美国更技高一筹 ， 将苏联甩在后面 。 随着1996年 ， 美国的海盗一号、二号探测器的着陆器在火星表面进行土壤采样 ， 没有发现任何的有机分子和生命存在的迹象 ， 第一阶段的火星探测宣告结束 。
到了20世纪90年代 ， 美国又重启了对火星的探索热情 。 在1996年 ， 美国开始实施“火星生命计划” ， 先后成功发射了“火星全球勘测者”和“火星探路者”探测器 ， 以确定火星上是否存在生命 。 其中 ， “火星探路者”携带了世界第一辆火星探测车“旅居者” 。 这期间 ， 俄罗斯和日本的火星探测计划则都已失败告终 。
到21世纪后 ， 欧洲航天局、印度也开始了火星探测 ， 其中欧洲和印度取得了成功 ， 打破了美国、苏俄对火星探测的垄断 。 由于航天技术的提高 ， 火星探测的成功率也大幅提高 ， 减少了很多“有去无踪”的火星探测计划 。 尽管如此 ， 目前火星探测的成功率也只有43% 。
1996年12月 ， 美国发射的“旅居者号”火星探测车 ， 成为第一台成功着陆火星的机器人车辆 。 最初设计的寿命为7天 ， 但实际运行了95天 。 旅居者号能够以每分钟一米的速度前进 。
2004年1月 ， “机遇号”火星探测器发射升空 ， 此后在火星漫游了14年 。 在执行第1151个任务日的时候 ， 太阳能板被风吹干净 ， 使得发电功率可以提升到800瓦时每天 。
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（“机遇号”）
“机遇号”在火星开始了漫长的马拉松行走 ， 经历了老鹰撞击坑、弗拉姆撞击坑、维多利亚撞击坑 ， 到2015年3月24日 ， 终于完成了标准的42.195公里的火星马拉松 。 此后开始频繁出现故障 ， 最终失联 。
2004年发射升空的“勇气号” ， 和“机遇号”是一对姐妹花 ， 它的任务是探测火星上面是否有生命和水 ， 最终“勇气号”真的找到了火星存在水的证据 。
2011年美国成功发射了第三代火星探测车“好奇号” 。 它是由核电池供电 ， 其装备的科学仪器质量是上一代的15倍 。 好奇号在不懈努力下 ， 终于在岩石中发现了有机物 ， 甚至还发现火星有大量的固态水 。 2018年 ， 美国的“洞察号”火星探测器在火星安全着陆 ， 首次对火星进行深度“体检” ， 深入研究火星内部 ， 揭示岩质天体形成等问题 。
除此之外 ， 美国的火星探测计划还对火星大气层、极地地区进行了探索 。 美国目前成为对火星探测次数最多、成果最多 ， 也是最有可能最早进行火星移民的国家 。
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（“毅力号”准备降落的杰泽罗陨石坑 ， 可能存在过火星生命迹象）
现在“毅力号”正在飞往火星的途中 ， 如果一切顺利 ， “毅力号”将在明年2月份在火星赤道以北的杰泽罗陨石坑登陆 ， 继续探寻火星可能存在过的生命迹象和气候地质特征 。 而中国的“天问一号”也将在火星开展首次的着陆和巡行 ， 开启中国的火星探测之旅 。
火星移民还有多大难度？
火星探测已经再一次如火如荼地展开 ， 但是火星移民其实还没有明确的时间表 。 聊到火星移民的时候 ， 就不得不先聊聊如何在火星建立可供人类生存的基地了 。
移民火星 ， 就是要在火星建立适合人类生存的火星基地 。 从介绍火星的内容里 ， 我们也看到了 ， 火星的生存环境比地球上最严酷的沙漠、南北极都严酷很多倍 。 那么想要建设这种火星基地就必须建成具有空气、水、土壤 ， 然后温度适宜、能量稳定的密闭空间 。
在2015年科幻片《火星救援》里 ， 人类已经成功的移民火星了 。 当时影片中男主马克因为遭遇意外 ， 独自一人呆在了火星 。 他是如何让自己活下来呢？
他有一个在火星风暴中幸存的居住舱 ， 有同伴逃离前留下来的一些食物 。 而他短期要克服的险境就是要避免居住舱的生态系统崩溃 ， 也就是氧气系统要维持循环、水系统要维持循环 。 长期要克服的问题就是如何获取足够的食物 。
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火星上不缺阳光、二氧化碳 。 火星也不缺土壤 ， 但是缺有机物 ， 这个他通过自产“农家肥”解决了 。 植物生长还缺水 ， 尽管火星上已经探测有大量固态水 ， 但基本都在两极冰盖 ， 主人公没法搞到手 。 后来男主马克想到用化学反应 ， 让氧气和氢气燃烧产生水 。 就这样种下土豆块的五十天后 ， 马克的土豆苗奇迹般的长了出来 。 男主凭借成功地“种出土豆”成功的移民了火星 。 不过最后脆弱的生命系统还是崩溃了 ， 因为一点意外 ， 舱门爆炸 ， 土豆苗很快就被外面的严寒给冻死了 。
想象照进现实 ， 现在人类要想在火星实现这样的居住舱 ， 当然也未必不可能 ， 只是可能太烧钱 ， 可能是数万亿美金的成本 ， 目前人类可负担不起这样的开销 。
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（火星基地想象图）
马斯克同学之前做过一个设想 ， 与其搞这么费事的移民基地 ， 不如把火星本身搞得跟地球一样就好了 。 他计划说在火星引爆一万颗氢弹 ， 把火星两极的二氧化碳给释放出来 ， 把火星搞得温暖一些 。
不要说一万颗核弹炸火星这种疯狂计划行不通 ， 再就是能否达到预期效果还不好说 ， 别把火星弄成更为寒冷的“核冬天” ， 就更难移民火星了 。
还是聊聊在火星建基地的可能性吧 。 火星基地想要实现系统自循环 ， 那就不能完全依赖地球的各种物资供应 。 火星上不缺阳光、土壤和水 ， 关键问题是如何把这三个元素给充分利用起来 ， 形成火星基地的自循环呢？
不久前 ， Nature发表了一个日本研究者的新发现 ， 就是通过一种含铝的催化剂 ， 进行光解水 ， 把水变成氢气和氧气 ， 效率高达惊人的96% 。 我们知道 ， 氢气和氧气 ， 一个人清洁能源 ， 一个是人类生命必须品 。 只要解决了火星固态冰的开采问题 ， 那么移民火星不是梦了 。
不过话又说回来 ， 这个技术的难点可能在这个催化剂的成本和完成反应的成本上 。 如果这玩意儿的成本远远低于化石燃料 ， 生产工艺又简单 ， 那么地球的气候危机也就避免了 。
当然 ， 如果这项技术未来可以成熟应用到火星移民上 ， 以此来建立火星基地的生命循环系统和能量系统 ， 只要这些成本低于从地球上运输物资的成本 ， 那自然是可以接受的 。
在NASA的计划里 ， 他们希望宇航员在2024年重返月球 ， 然后再开始前往火星的旅程 。 这次“毅力号”已经在为人类登陆火星做准备 。 在登陆之后 ， “毅力号”将展开一个火星氧气原位制造利用实验 ， 通过利用火星大气中的二氧化碳和太阳能 ， 来制备纯净氧气 ， 作为未来火星宇航员的呼吸来源和火箭燃料氧化剂 。
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【火星|火星探测器纷纷上天，人类离移民火星还远吗？】（“毅力号”探测车的科学实验装置）
说到底 ， 火星移民的本质既是一个技术问题 ， 也是一个商业问题 。 任何一个技术环节的进步都有可能带来商业成本的大幅降低 。
埃隆·马斯克在年初立下的“2050年百万人上火星”的Flag ， 跟他一直以来希望将“火星移民”商业化的方式有关 。 现在SpaceX的星舰计划正在执行 ， 根据计划 ， 可能会在2030年之前 ， SpaceX与NASA一起合作 ， 将人类送上火星 。 但这仅仅可能是一次类似于登陆月球一样的短暂停留 ， 能否在此后开展大规模的人类移民 ， 这就要看商业化运作的SpaceX能否将成本大幅降低 。
而对于最早一批火星移民者来说 ， 他们极有可能是“有去无回”的 。 不过 ， 马斯克也信誓旦旦的说 ， “火星上会有大量工作的 。 ”对于这样一个移民的后代 ， 马斯克确实有一种“宇宙之大 ， 何处都是家”的冒险者精神 。
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《三体》作者刘慈欣曾经感慨 ， 人类说好要去探索星辰大海 ， 结果却躲进了互联网里 ， 享受更为虚拟的世界 。
在大刘的畅想中 ， 他希望有那么一天 ， 描写太空航行的科幻小说已经变得平淡无奇 ， 前往火星和小行星带已经是一件稀松平常的事情 ， 无数人在太空中谋生……而浩瀚宇宙仍然是一个无法想象的存在 ， 承载着我们无穷的想象力 。
现在 ， “希望号”、“天问一号”、“毅力号”的成功发射 ， 无疑给了我们一次仰望星空的机会 。 希望在地球上终日忙碌的我们 ， 也能做一做太空探索的梦想 。
如果一切顺利的话 ， 我们大部分人可能在有生之年 ， 可以看到人类的第一批冒险者开启了太空之旅 。 而你或你的后代会不会成为其中的一员呢？
希望到时候的船票不要太贵就好 。
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