人类未来会移民火星吗?

文章作者:管理一号 | 2019-08-15
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人类未来会移民火星吗?许多人表明达观,可是这件事并非铁板钉钉,咱们将面对巨大的考验

北京时刻8月15日消息,许多人对以下这件事感到理所当然:人类将在不远的将来,在火星上建立起蒸蒸日上的,长时刻存在的定居点。可是在某种程度上,这种观念或许过于达观了,它轻视了定居火星或许即将面对的应战和困难。除非咱们极大地调整咱们的大脑和身体去习惯火星的极点环境,否则这颗赤色星球将永远不适合咱们定居。

猎奇号火星车拍照的火星景色照

没错,咱们常听科学家们说,火星是整个太阳系中和地球最相似的星球,可是这个说法其实太过于简略化了。

火星,并不友好

火星很冷,一片死寂,其大气比地球淡薄100倍,而仅存的少量大气的主要成分则简直全部都是二氧化碳,有害的太阳辐射简直可以直达火星外表,毫无阻挠。由于大气淡薄,火星外表的大气压强很低,大约600帕斯卡,仅适当于地球海平面标准大气压的0.6%左右。假如没有宇航服的保护,在这样低的气压环境里,你将遭到严峻损伤:你的肺部将迸裂,皮肤浮肿,身体安排肿胀,终究逝世。淡薄的大气一起也意味着其无法很好的留存热量。火星外表的平均温度是摄氏零下63度,最低乃至可以降到摄氏零下126度。比较之下,地球上的最低温记录是1982年6月23日在南极的苏联调查站“东方站”录得的,数值是摄氏零下89度。一旦气温降低到零下40度以下,未能杰出防护的人体在5~7分钟内就会遭受严峻低温损伤。

赤色行星,这儿会是人类未来的第二家乡吗

火星的质量也远小于许多人的认知。火星地表的引力大约是地球的37.5%,这就意味着在地球上体重大约180磅(大约163斤)的人,到了火星上体重将变为68磅(61斤)。或许关于许多梦想减重的人士,这听起来很不错。但长时刻而言,这样的低重力环境关于人体健康将发作严峻的不利结果,乃至或许对人类的生殖才能发作负面影响。

但即使有这样或那样的问题,但好像干流观念一直以为人类很快就将可以在火星上建立起殖民地。SpaceX 创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)在神往着2050年代在火星上建立人类殖民地的想象,英国威斯敏斯特大学天体生物学家莱维斯·达尼尔(Lewis Darnell)则给出一个相对较为保存的推算,他以为,再过50~100年,或许将有适当数量的人类,在火星上建立起某种具有自我保持才能的定居点。中东殷实的石油国家阿联酋此前现已宣布,该国期望在大约公元2117年,在火星上建立起一座具有大约60万人口的火星城市。

对火星进行地球化改造,可行吗?

惋惜的是,以上所说到的这些现在来看还仅仅都是科学梦想。当然毫无疑问的一点是,终究人类必定可以踏足火星,乃至在那里建立起一个或多个基地,但假如要说咱们将会在火星上建立起可以容纳成百上千人寓居的真实的定居点,那至少在现在看来,是对这样一种远景将或许面对的巨大应战的严峻轻视和视而不见。

过于达观

宇航工程学前驱路易斯·弗里德曼(Louis Friedman)是美国行星学会的联合创始人,也是《人类的太空飞行:从火星到群星》一书的作者。他将当前这种关于制作火星基地的过火达观心情类比成上世纪1940~1950年代的那种“缺乏根底”的盲目达观。

从地球移居火星,或许将意味着一个全新才智物种的诞生

他说:“其时,许多干流科学杂志,《大众机械》和《大众科学》等等,都曾经用封面文章的形式报道过制作在洋底或许南极的人类定居点。”他指出,这给人的感觉好像是,人类将可以在这个行星上的任何一个角落生计和定居,而不论这儿的环境条件有多么充满应战或许不适合生计。他说:“但终究,这些作业全都没有发作。咱们偶然会访问南极,咱们乃至在南极大陆上设置了一些调查站,但也仅此而已。洋底的情况更加糟糕,人类在那里展开的活动十分十分有限。”可见,不论是在南极仍是洋底,人类的所谓“定居点”制作都简直是不存在的——即使南极和洋底比较火星要简单抵达得多。

在人类登月成功之后,弗里德曼和搭档们一度关于未来变得极为达观,他们其时相信人类将可以做越来越多的作业,比方在月球或火星上制作人类殖民地。但事实是,不论哪一项载人航天方案,不论是阿波罗方案,航天飞机方案仍是国际空间站方案,都没能为未来殖民火星建立起必要的技能根底,比方制作必要的根底设施,寻找安全而可行的就地获取食物和水的办法,抵消长时刻太空飞行面对的强辐射和低重力环境关于人类的影响等等。和其他范畴不同,他以为,载人航天范畴的技能进步好像“停滞”了。弗里德曼以为,咱们未来将有或许在火星上建立基地,可是他以为“历史的经验”告诉咱们,在可预见的将来,在火星上制作人类殖民地的远景并不达观。

美国凤凰号探测器在火星接近北极区域发掘出的水冰物质

美国佛罗里大学神经科学家蕾切尔·赛德勒(Rachael Seidler)表明,许多人明显没有彻底了解在火星上保持长时刻性殖民地的难度终究有多大。

赛德勒是机器学习,以及微重力环境对宇航员身体影响方面的专家,她表明:“人们倾向于关于殖民火星抱持达观心态,但这更多是一种言而无信,难以实现。”她说:“许多人抱有达观心态,或许仅仅是以为咱们不应当依据一些现实的理由约束自己,但我同意,这其间或许还有许多生理上的潜在负面结果。”

赛德勒表明,NASA和其他航天机构现在正在十分努力地开发并测验各种措施,用于应对未来在火星上日子或许会面对的各种负面影响。比方说,在国际空间站上作业的宇航员会遭遇严峻的肌肉萎缩和骨质丢失问题,他们就测验通过在空间站上进行体育锻炼和力量练习来缓解这一问题。不论是在国际空间站上长时刻日子导致的健康问题,仍是在火星的低重力环境下长时刻日子或许发作的影响,赛德勒以为,咱们都还远远未到可以从容应对的地步。

在他的新书《关于未来:人类的远景》一书中,宇宙学家,天体物理学家马丁·里斯(Martin Rees)针对人类殖民火星的远景,做了简略明了地阐释:

“到公元2100年,人类中那些喜爱冒险的人们或许现已建立起一些独立于地球的‘基地’,比方在火星上,或许在小行星上。SpaceX公司的创始人埃隆·马斯克(1971年出世)曾经表明,他想要死在火星上——只要不是由于死于撞击就行。但千万不要就此就以为从地球向外的大规划移民将很快到来。在这个问题上,我激烈不同意马斯克,以及我在剑桥大学的搭档史蒂芬·霍金的那种达观主义观念,他们以为人类将可以很快在火星上建立起大规划的人类定居点。以为火星可以提供逃避地球上存在的各种问题的主意,是一种风险的幻觉。”咱们有必要在地球上处理这些问题。应对气候改动听上去是一项令人生畏的使命,但比较将火星进行地球化改造,这简直就成了小儿科游戏。在整个太阳系中,你很难找到类似地球南极,或许珠峰峰顶那样“温和宜人”的环境。关于具有“避险”天性的普通人来说,现在并不存在“第二个地球”。

巨大的环境应战

关于“地球化改造”,这背后是一个巨大的系统工程。所谓“地球化”(terraforming),是指通过规划巨大的地质工程改造,将一颗行星改形成适合人类以及其他生命生计的环境。关于火星而言,这将意味着向其大气层中输入许多氧气和其他气体,以提升其温度和气压水平,当然还有其他许多需求干预的当地。一般,关于殖民火星,许多人会说,这代表着改造火星,进行“地球化”的第一步。这种主意在许多科幻小说我国呈现,比方斯坦利·罗宾森(Kim Stanley Robinson)著名的《火星三部曲》。但弗里德曼提示,要想进行行星尺度上的环境改造,至少需求上千年的时刻。

布朗尼·霍根(Briony Horgan)是美国普渡大学行星科学助理教授,她以为对火星进行“地球化改造”彻底是白日做梦,这是一项远远超呈现有和可预见未来技能水平的梦想。

而议论对火星进行地球化改造,咱们还有必要考虑其他因素,比方要想进行如此规划的工程,咱们具有满足的资源进行这样注定要继续几代人的巨大工程吗?在2018年宣布在《天然》杂志上的一篇论文里,美国科罗拉多大学的布鲁斯·雅科斯基(Bruce Jakosky)以及克里斯托佛·爱德华兹(Christopher Edwards)曾经测算过,要想让火星的大气压恢复到人类可以在其地表日子而不需穿着专门的增压宇航服,咱们将需求往火星大气层中新注入多少数量的二氧化碳气体,当然这样做也将提升火星地表温度,然后让液态水得以在火星地表存在。他们的研讨结论是,火星本身储备的二氧化碳气体或许不够用,未来假如要进行“地球化”改造,那么咱们将或许需求通过某种办法从外部向火星运送额外的许多气体。

这儿需求弄清的一点是:并不是说行星改造彻底不或许,而是说,改造火星环境所需求的时刻尺度和先进技能,在可预见的将来难以达到。

而直到咱们未来真实做到对火星环境的改造之前,咱们将不得不面对一个环境恶劣的火星。这就意味着激烈的辐射,仅这一点就将对最早抵达那里的前驱者们带来严峻的健康威胁。

霍根表明,要想殖民火星,咱们面对许多巨大的应战,强辐射环境仅仅其间之一。她以为,这一点是许多人,包含SpaceX内部的许多人,都没有彻底想清楚的一点。日子在火星的地下或许制作具有辐射屏蔽作用的基地或许可以作为一个选项,但咱们依然预期,随着在火星上日子时刻的延长,癌症发病率将呈现几何级数的上升。

她说:“在辐射防护方面,其实你能做的是有限的。”她指出:“咱们可以定量评估比方说一年内的剂量和风险,可是关于十分长时刻的情况,这样的评估将很难展开。问题是,你没办法永远呆在地下或许基地防护间内,假如你要执行某些使命需求出去,你就将不得不面对风险。”

霍根说到,最近有一篇宣布在《天然》杂志上的论文指出,火星外表的辐射环境远比咱们原先想象的更加糟糕,并以为“咱们现在并没有长时刻辐射防护的处理方案,因而要想长时刻居留火星,除非你准备好承受辐射相关疾病的风险。“取决于你暴露于辐射当中的程度不同,过量辐射可以形成皮肤灼伤,辐射病,癌症,以及各类心血管疾病。

弗里德曼原则上也认同这样的观念,即咱们可以寓居到火星地下,或许制作具有辐射防护功用的设施。或许辐射的问题可以处理,但他依然以为这个问题极为艰巨,乃至在某些方面是“反人类”的。

咱们彻底没有准备好

日子在未来所谓火星殖民地的人们将是很苦楚的,由于他们将不得不一直日子在选用人工光源的地下设施内,不见天日,或许日子在具有厚厚防护层的地上基地中,有必要最大极限减少外出时刻。

长时刻日子在这样的封闭环境中,少有机会外出活动,也将导致一些其他的健康问题,比方沮丧,缺乏外界刺激导致的反应迟钝和注意力无法会集,视力减退,高血压等等。并且和国际空间站相同,在火星上的定居点将是一个“微生物沙漠”,只存在少量细菌,这关于保持人体体内的微生物菌落平衡实际上并不有利。

另一个问题与动机有关。正如弗里德曼新近所指出的那样,咱们并没有看到人类长时刻在南极或许海底寓居,那么咱们终究有什么理由预期会有一大批人乐意去到火星那样远比南极或许海底更加不友好的环境中去日子呢?比较在地球上的日子,去火星明显是并不是一个好挑选,至少在日子水平上肯定会呈现严峻下降。

还有,人类是否真的可以在火星上完结繁衍到现在为止仍是一个敞开性问题。抛却火星上强辐射环境关于人类胚胎或许发作的影响,怀孕期间在如此低重力环境下日子或许发作什么影响?咱们现在也还没有把握。咱们不知道精子和卵子在火星环境中将会有何影响,不知道受精进程在那样的环境下会否呈现任何改动。最重要的是,咱们不知道低重力环境将会对孕妈妈和胚胎发作何种影响。

赛德勒是人类生理学和运动学方面的专家,她表明,人类在火星环境下妊娠,现在仍是一个棘手的不知道问题。由于低重力环境,发育中的胚胎在子宫里的位置往往偏高,这或许对孕妈妈的横膈膜发作压榨,然后引发孕妈妈呼吸困难。低重力环境也或许导致身体对正常妊娠的进程发作“困惑”,然后导致一些要害阶段呈现异常,比方孕39周的预产。在地球上,骨骼,肌肉,循环系统和其他人体生理系统都是在对抗重力的环境下发育起来的。或许到了火星上,人体机能会逐步习惯新的重力环境,可是咱们的身体是否真的可以做到,咱们现在其实是不确认的。人工子宫或许是一个或许的选项,但再一次的,这并非咱们现在的技能可以触及的范畴,它也相同难以处理低重力环境关于胚胎发育的影响——除非这种人工子宫被专门放置入人工重力环境之中。

有一点可以被强调,那便是咱们应该禁止在火星上繁衍,直到咱们对这一问题的科学认识更加深入。可是火星间隔地球最近的时候都超越5500万公里,在这样一个远在天际的当地,能否有效施行这样的禁令本身便是一个问题。咱们只能指望到时的火星社会不至于倒退到彻底的无政府主义,以及关于公共安全和既有伦理标准的全面无视。

前文现已说到,在低重力环境下日子,将会对健康发作影响。在太空执行长时刻使命的宇航员,比方那些在太空执行使命超越一年的宇航员的身上,就现已表现出许多症状,包含骨质丢失和肌肉萎缩,心血管疾病,免疫系统和代谢紊乱,视力含糊,平衡和感知妨碍等等。这样的问题在火星上会不会呈现,如何应对?咱们不知道。或许在火星上长时刻日子,比方10年20年之后,类似的低重力环境引发的问题都会逐个呈现。

赛德勒指出:“由于火星的低重力环境,在火星上日子或许发作一些生理的或神经方面的问题。”

她说:“不清楚这些改动在某个时刻点会趋于安稳而不再继续恶化。咱们的作业显现,在微重力环境下,人的大脑在头颅中会呈现向上位移,一些大脑区域的灰质减少,但另一些区域则会增加,某些区域的白质也呈现了结构改动,别的颅脑内的液体会向头颅顶部会集。”

赛德勒表明,这些症状中的一部分与在微重力环境下日子的时刻长短有关,从两周到六个月,但现在缺乏更长停留时刻情况下的观察数据。她说:“这些症状中的一部分或许终究会抵达极限并趋于安稳,比方大脑水肿问题,毕竟颅脑可以容纳的液体体积有限。别的,人的神经系统也具有很强的习惯才能,它可以‘学习’如安在微重力环境下操控身体运动,即使神经信号的输入或许会呈现相应改动。但再一次的,需求指出的是咱们现在还并不十分确认这样的极限在何处。”

火星的重力环境虽然较低,但毕竟不同于彻底的失重,因而与失重带来的影响比较,症状理论上来说应该不会那么严峻,可是不论是太空环境仍是火星外表,神经系统感遭到的信号输入都会不同于地球环境下的情况。这或许导致平衡和运动功用呈现问题,但研讨人员以为,通过一段时刻之后,宇航员应该可以很好的习惯新的环境。

赛德勒表明:“关于在微重力和重力减低环境下,人的生理将遭到何种影响,现在还依然没有得到充分研讨。咱们现在还不清楚其安全性和健康风险,咱们还需求做更多作业。”

通过长时刻太空停留的宇航员,在回来地球之后的开始几个星期里,会阅历一段苦楚的时期,呈现包含恶心反胃,视力含糊和身体虚弱等情况。有一些宇航员,比方NASA的宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly),他在太空执行了长达一年的长时刻使命,他感觉自己再也回不到曩昔的那个自己了。他回来地上之后,发现自己在认知测验中的分数下降了,并且基因也呈现了微小改动。NASA的研讨显现,从太空回来之后所需的恢复时刻与其在太空之中执行使命的停留时长成正比例联系——执行使命的时刻越长,回来地上之后所需的恢复时刻也越长。惋惜的是咱们现在还没有超越一年或更久的微重力环境下日子的详细监测数据,因而关于在火星上长时刻寓居,在那样的重力减低环境下日子比方超越10年,终究会有什么影响呢?现在这依然是一个敞开性问题。

新的才智生命物种诞生?

依据以上这些头绪,咱们不难想象,习惯火星的重力减低环境关于初来火星的访客而言将是一项巨大应战,可是反过来,假如咱们的宇航员们通过努力,设法习惯了那里的环境,那么这个时候假如要让他们回来地球,又将成为一项困难的使命。他们的孩子假如在火星上出世(能否做到在火星上生育现在还无法确认),那么这些孩子长大了要想回到地球,关于他们而言也将是难以完结的应战——他们现已难以习惯地球的环境了。

除此之外,还有必要顾忌其他的健康问题,其他许多当地都或许呈现问题。咱们关于火星环境终究会对咱们的大脑,身体和心情才能发作何种影响知之甚少,意外情况随时或许呈现。比较在地球上,在火星日子的人的寿数或许会大大缩短,可是再一次的,关于这一点咱们还无法断言,全部都仅仅猜测。

终究,开始的定居者在火星上或许将堕入每天都在为生计下去而努力的地步。而食物和饮用水的匮乏也或许进一步约束咱们所谓的“殖民地”保持和扩张的才能。

霍根表明:“建立起保持生计所需的安稳资源供应是或许做到的,但不会是一件轻松的作业。咱们的寓居地安有必要接近水源或许水冰贮存地,但要做到这一点,咱们的定居点就有必要十分接近火星北极区域,但问题在于,你越是往北,生计环境就会益发恶劣。那里的冬季更冷,阳光也更少。”

开始的定居者们还有必要设法处理食物来源问题,他们有必要找到在火星上栽培农作物的办法。火星上的土是有毒的,含有许多风险的高氯酸盐物质,因而也是需求避开的。为了培养农作物,定居者们或许需求制作地下水培温室。这将需求特制的照明,专门为火星环境规划的转基因农作物,还有许多的水,其间最终一项在火星上是十分珍贵,难以获取的资源。

霍根表明:“人们明显没有意识到这其间有多复杂。要想建立起咱们心目当中相对安全安稳的殖民地,是十分困难的。”

从技能上来说,处理这些问题的途径或许是存在的,比方咱们可以研制专门针对火星环境下或许呈现的各种疾病的药物。可是这需求时刻。乃至,即使咱们可以开发出这样的药物和疗法,其规划也注定是小范围运用的。一个科研基地还可以,但假如是变成许多人口入住的定居点,那里的许多病人将需求继续的照料和医治,这将成为不可承受之重。

正如马丁·里斯(Martin Rees)所指出的那样,火星和其他太空环境“天然地不适合人类生计”。可是正如他在自己的书中写到的那样:“咱们,以及咱们的后代子孙,都应当为今天的前驱者们欢呼,因他们将拓荒一个后人类年代的未来,他们将会决定在公元22世纪乃至更长远的未来将会发作什么。”

里斯说到的“后人类年代的未来”,是指一种想象中的未来情形,那时候的人类通过许多生物学和机械神经学改造,现已难以被归类为人类了,因而称之为“后人类年代”。因而,虽然从今天的眼光看,火星是一个难以接近,难以在上面生计的当地,可是关于未来的那些有勇气,也乐意让自己的身体承受彻底改造以习惯火星特殊环境的人来说,他们眼中的火星就和咱们眼中看到的很不相同了。

其间一种或许选项便是彻底改动人类的生理学特征,专门去习惯火星上的特殊日子环境。正如里斯在自己的书《论未来》中所说到的那样:

“那么,由于在习惯火星这样的新栖息当地上遭遇到的习惯性问题,那些前驱者们比起咱们这些寓居在地球上的人们,将有更强的动机去改动自己的身体,重新规划自己以习惯全新的生计环境。”

这些人将得到人类在未来数十年间发展起来的先进基因工程和机械工程的研讨成果。这些技能在地球上估计将遭到严格管控,可是在火星上,这些技能或许将可以被运用。咱们只能祝愿这些人和他们的后代好运,期望他们可以习惯火星的特殊环境。但这很有或许是一个全新才智物种诞生的初步。基因工程加上人机对接技能将逐步导致人类逐步违背咱们传统意义上的了解,乃至终究呈现彻底脱节有物质构成的身体,而成为“无机才智生命”。因而,是那些冒着生命风险的宇航前驱者们,而不是咱们这些舒舒服服坐在电脑跟前的家伙们,将开辟未来人类的全新疆界。

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