《我们为什么要去火星？》 阿灰解读
《我们为什么要去火星？》| 阿灰解读
关于作者
本书作者斯蒂芬·彼得拉内克曾经担任全球权威科技杂志《发现》总编辑，也是其他几家知名媒体科学或历史版块的负责人。他在他感兴趣的科学、自然和经济等领域撰写过不少科普类文章。他也是一位TED演讲人，他的演讲《世界末日倒计时》和《你的孩子可能会去火星生活》的观看次数都超过了100万。
关于本书
在本书中，作者会告诉你，以目前我们的科技发展水平，前往火星的可行方案有哪些，在前期筹备和方案实施过程中，人们会遇到怎样的难题，有哪些可能的解决方法。人类在登上火星后，又将面对气温、水、氧气、食物等诸多问题，对这些生存相关的问题，我们目前也有多种多样的解决方法。最关键的一个问题，就是本书在书名中提出的：我们为什么要去火星？作者会告诉你，在未来，我们去火星既有理由，也有迫切性。
核心内容
这本书主要讲述了三个重点内容。第一个重点是，我们该怎么到达火星。作者告诉你，在将人类送往火星的过程中，我们会遇到技术和资金两大难题。第二个重点是，我们该怎么在火星上生存和居住，怎么解决气温、水、氧气和食物等方面的问题。第三个重点是，我们该怎么改造和开发火星，以及这些行为的深远意义。在这一部分，你会找到人类希望向火星移民的理由。
你好，欢迎每天听本书。今天为你解读的是《我们为什么要去火星》，这本书的中文版大约有8万字，我会用大约27分钟的时间，为你讲述书中精髓：我们为什么要去火星？以及我们如何实现向火星移民的梦想？在听完今天的讲述后，你会了解我们目前的太空探索事业已经达到了怎样的水平，你会知道我们离星际移民还有多远。答案是，已经很近了。
很多人可能都看过2015年上映的电影《火星救援》。如果你看过这部片子，就算已经不记得具体情节，一定会对其中几点印象深刻。比如，去火星可不像去月球那么容易，不光路途遥远，“怎么去”和“已经在返程途中了，想调头该怎么办”也是需要规划严密方案并进行大量运算的棘手问题。再比如，在火星上生存实在太不容易了，幸亏男主角是个植物学家，换成一个医生或者机械师，可能会因为不懂如何在极限条件下生产粮食而撑不到救援赶到的时候。这两点就是本书作者要向你介绍的两个主要领域：我们怎么去火星和我们怎么在火星上生存。
作者会告诉你，以目前我们的科技发展水平，前往火星的可行方案是怎样的，在前期筹备和方案实施过程中，人们会遇到怎样的难题，有哪些可能的解决方法。人类在登上火星后，又将面对气温、水、氧气、食物等诸多问题，对这些生存相关的问题，我们目前也有多种多样的解决方法。最关键的一个问题，就是本书在书名中提出的：我们为什么要去火星？作者会告诉你，在未来，我们去火星既有理由，也有迫切性。
本书作者斯蒂芬·彼得拉内克曾经担任全球权威科技杂志《发现》总编辑，也是其他几家知名媒体科学或历史版块的负责人。他在他感兴趣的科学、自然和经济等领域撰写过不少科普类文章。他也是一位 TED 演讲人，他的演讲《世界末日倒计时》和《你的孩子可能会去火星生活》的观看次数都超过了100万。
介绍完这本书的基本情况和作者概况，那么下面，我就为你来详细讲述书中内容。这本书主要讲述了三个重点内容：第一个重点是，我们该怎么到达火星。作者告诉你，在将人类送往火星的过程中，我们会遇到技术和资金两大难题；第二个重点是，我们该怎么在火星上生存和居住，怎么解决气温、水、氧气和食物等方面的问题；第三个重点是，我们该怎么改造和开发火星以及这些行为的深远意义。在这一部分，你会找到人类希望向火星移民的理由。
我们先来看看：怎么去火星，首先，让我们回顾一下历史。在科学界，人类的火星梦大致始于一个德国人冯·布劳恩，他是一名出色的航天学家，也是一名纳粹军官。在第二次世界大战后，他和德国其他一些火箭科学家作为战俘被带到美国，为美国人研发导弹。在工作之余，他写出了一本《火星计划》，于1952年出版。可以说，这本65年前的小册子为之后的星际旅行设想奠定了基础，其中的不少观点仍然指引着目前的火星探索计划，可谓相当超前了。难能可贵的是，他不仅提出了设想，还给出了具体的可行方案，甚至完成了实际的运算，考虑到了各个环节中可能遇到的问题，并提出了解决方法。
然而在那个年代，太空探索的梦想虽然有大众的支持，却受到了《纽约时报》等主流媒体的嘲笑。布劳恩在为阿波罗登月计划作出贡献后有了名气，他趁热打铁，向当时的美国总统尼克松递交了在20世纪80年代登陆火星的计划。然而美国政府并不买账，他们认为把钱投入航天飞机和空间站研究更有意义。火星探索计划就被搁置了。
但人民大众的热情是不可磨灭的。美国政府对火星没兴趣，可很多私人企业兴趣很大。在这里，你需要记住一个人，他是电影《钢铁侠》的原型人物之一，是让电动汽车满大街跑的人。他叫埃隆·马斯克，他的太空探索技术公司是有史以来第一家成功将飞船送入太空的私人企业。当前的火星计划，就是以太空探索技术公司和其他一些私人企业、基金会为首推进的。
虽然人类已经成功向火星发射过探测器，但这一过程是艰难而曲折的。有三分之二的发射尝试以失败告终。你可能会问，我们在50年前就登陆了月球，50年的技术发展竟然不能让我们成功登陆火星吗？这是因为地球与火星的距离是地球与月球距离的140到1000倍。我们去月球可以走直线距离，往返只需要6天，但我们去火星是不能走直线的，因为飞船搭载不了直线飞行所需的大量燃料。根据布劳恩的设想，我们需要先烧一次燃料，让绕地球运行的飞船的轨道逐渐接近火星公转轨道，在进入轨道后，飞船将不使用燃料，而是通过滑行来靠近火星，在接近火星时，第二次燃烧启动，让飞船进入绕火星运行的轨道并最终降落。所以在去往火星的途中，飞船既要绕远，又不能加速，以目前的技术水平，是无法将单程时间缩短到250天以下的。
距离的影响不仅体现在去程上，它也会让地球和火星之间的数据传输变得漫长。在地球和火星之间，无线电信号单程就要走21分钟。那么一旦登陆火星的探测器或飞船出现问题，遇到突发情况，很可能无法及时从地球获得支援，在没有专业人士的情况下，需要人工智能自行判断和处理。这大大增加了火星探索活动的难度。
目前有能力登陆火星的宇宙飞船有两种：分别是太空探索技术公司的“天龙号”和美国宇航局的“猎户座”，但是搭载飞船的火箭成本极其高昂，而其中燃料成本只占0.3%，也就是说，如果人类能开发出重复使用火箭的技术，就有机会把单次旅行成本从几千万美元降低到几万美元。马斯克有意把火星计划做大，他的目标是像航空公司一样，建立一种单次运送数万乘客的常规机制。因为合适的发射时机两年才有一次，他计划每次能送出一个由大量飞船组成的舰队。而在将人类移民送到火星之前，有两件事需要完成。一是找到合适的降落和居住地点。二是提前将人类生存所需的物资送到火星，由机器人先行维护。只有这样，才能做好迎接人类的准备。所以在向火星大批量移民之前，人类需要派出小批量的先遣队，我们现在还没有开始这一步。
上面为你讲述的就是第一个重点：我们该怎么到达火星。说完这个，咱们接下来说说：我们该怎么在火星上生存和居住，如何应对火星环境对人类基本需求的挑战。
首先，人类生存需要水。我们的身体需要水，而在火星上，为了制造氧气，水也是必须的。火星上的无数河谷地貌表明，火星上曾经是有液态水的，但在千百年后，火星温度降低，导致这些水变成了固态，分布在火星地表的风化层中，大部分集中在火星南北极的固态二氧化碳层下。人们需要用电钻等工具像开矿一样采集固态水，然后对其进行加热，这又需要用到太阳能或核能。如果采集固态水的方法失败了，我们还有一个备选方案。虽然整体来看，火星上的空气比地球干燥很多，但空气湿度在一天内的某些时间可能达到100%，这意味着我们可以从空气中收集水蒸气。可以说，只要能在火星上获得水，人类就能在火星上生存。
人类还需要氧气。火星上氧气的自然含量微乎其微，空气的主体是二氧化碳，占95%左右。我们可以通过电解水的方式获得氧气和氢气，氢气也是很好的火箭推进剂。此外，我们还可以从二氧化碳中获得氧气，这个设想已经由美国宇航局实现了。他们设计了一种燃料电池，能将二氧化碳分解为氧气和一氧化碳，但人是不能呼吸纯氧的，我们在地球上呼吸的空气是由21%的氧气和78%的氮气组成的混合气体，所以在火星上，我们也需要在氧气中混入大量不与氧气发生反应、对人类也无害的惰性气体，比如氩气或氦气。
另一个重要问题是食物。一个坏消息是，火星居民只能吃素，因为饲养动物实在是得不偿失。火星赤道附近的白天和黑夜都是12小时，白天足够温暖，人们可以在这里建立充气温室，利用太阳能调节温度，栽培植物。火星上有着各种土壤，其中不少存在酸碱度过高的问题，需要进行中和。但我们知道，植物生长的关键因素其实是光照和水分，土壤并不是必须的，所以就像《火星救援》里那样，人类可以发展无土种植。火星的引力是地球的38%，虽然植物可以在零重力的环境中生长，但是我们还不知道火星上的引力会对植物生长产生什么影响。无论如何，在火星上种地都是一项需要对光照、温度、防辐射、空气构成等很多方面进行精准控制的工作。
至于种什么，理想的作物既要富含营养，又要不占空间，比如富含蛋白质和纤维素的豆类。蘑菇可以在食物残渣做成的肥料上生长。还有人提议吃昆虫。目前，科学家还没有就应该在火星上种什么达成一致，但世界各地的很多实验室已经开始模拟火星环境，进行种植尝试了。不过，因为种植活动需要的设备又多又重，人们无法在旅途中携带很多，因此是无法在火星上实现自给自足的。在移民活动早期，大部分食物还是会来自地球。
人类还要解决住所问题。在地球和火星上，人们都会受到两种辐射：太阳辐射和宇宙辐射。处在长期辐射下的人体健康会受到影响。但在地球上，因为存在厚厚的大气层，宇宙辐射已经被隔绝了大部分。火星大气层过于稀薄，虽然能抵抗普通情况下的太阳辐射，但当太阳活动变得剧烈时，火星居民仍然需要一些额外的防护措施。因此，火星建筑的一个理念就是需要具备防辐射层，而当太阳风暴发生时，人们可能需要进入地下。随着人类逐渐改造火星，使大气层变厚，火星居民受到的辐射也会逐渐减弱。
衣服也是一个问题。在地球上，为了应对数千米厚的空气施加于人体的压力，人体产生了由内而外的反作用力，但火星上的大气压力仅有地球上的1%，人类如果直接暴露于火星空气中，内外压会完全失衡，无法生存。这种情况有两个解决方法：生活在经过增压的密闭空间里，或者外出时穿着特殊的压力服。目前，已有科学家在设计可供人们在火星上使用的压力服。
上面为你讲述的就是本书的第二个重点，我们该怎样在火星上生存和居住。下面来为你说说最后一个重点：我们该怎么改造和开发火星。
早在20世纪60年代，就有天文学家提出过改造星球的可行计划。改造星球并不像科幻小说那样遥远。改造火星的第一步是让火星变暖。这样便可以让一些气体从地表释放出来，进入大气层，形成温室效应。温室效应会继续使火星温度升高，形成良性循环。当温度升到一定水平时，赤道附近的固态水便融化了，人们有机会在室外耕种。而作物又会释放氧气，长此以往，人们在室外自由呼吸也不再是个梦想。
现在人们已经提出了几种给火星加温的方法。一种是在地表设置宽240千米的巨大镜子，将火星反射的阳光再反射回地面。这种方案技术难度最高，造价也最昂贵，镜子只能在火星上制造，但在几年内就能让火星赤道附近在白天出现液态水。一种是在火星附近的小行星带上放置一大块固态氨，使其与火星发生撞击，固态氨能产生惰性气体氨气，构成空气的主体。撞击本身也会提高火星地表温度，释放出大量温室气体，但因为这种方案有可能产生降温的反效果，而且氨气具有腐蚀性，不适合人类呼吸，所以不太可行。
另一种方法是在火星上建立工厂，制造氟氯烃等温室气体，这些气体曾经用于制造空调和冰箱，因为造成温室效应而被禁止使用。一种成本最低的方法是使用特殊细菌将氮和水转化为氨气，或将水和二氧化碳转化为甲烷，这两种气体还能隔离辐射。问题是细菌的生长很容易脱离人类的控制，已经有很多恐怖片表现了这一点，所以这种方法也不尽如人意。
最简单可行的方法是使用太阳帆。太阳帆是一种设置在飞船上的动力装置，你可能在一些科幻电影里看到，宇航员们对着太阳或其他恒星拉起一些又大又薄的帆状物，随着飞船的运行方向调整它面对光源的角度。这种装置的原理是，利用光子撞击在平滑表面上造成的推力，为飞船提供一部分动力。我们可以回收前往火星的货物补给飞船上的太阳帆，将其支在火星上的合适位置收集阳光。这种方案的好处是，我们如今已经掌握了它的全部技术，要解决的只有成本问题。
一旦火星温度升高到一定程度，我们就可以尝试在室外种植一些顽强的地球植物了。它们会在高浓度的二氧化碳中如鱼得水，并释放出大量氧气。但氧气不是温室气体，氧气含量的升高可能会降低火星气温，而且火星的引力场比较弱，我们特意制造的温室气体也会被分解，所以在改造火星的工程中，人类必须持续补充温室气体。这是一场不能懈怠的战斗。
在改造星球的过程中可能出现一种情况，就是人类会唤醒星球上沉睡的远古生物。火星上曾经存在液态水和稠密的大气层，也有形成生命基本单元的化学物质，虽然人类暂时还没有找到证据，但火星上存在过生命的观点已经成为共识了。更有甚者，一种理论认为，地球上的生命有可能就来自火星。因为有些微生物是可以在宇宙空间内生存的，火星在与其他行星撞击时产生的大量陨石就有可能给地球带来原始形态的生命。如果火星环境的变化唤醒了曾经在火星上繁衍的生命，它们可能帮助人类更好地适应火星环境。另外，人类的飞船也不是完全无菌的，有一些来自地球的微生物会被带上火星。它们也会起到帮助人类改善火星环境的作用。
在改造火星的工程中，人类面临的最大难题并不是温度，而是空气。人类的肺部适应了地球上21%的氧气和78%的惰性气体构成的混合物，对空气的构成比例特别挑剔。我们不仅要制造出足够多的氧气，还要把目前火星空气中95%的二氧化碳替换成氩气等惰性气体，但氧气和惰性气体都不是温室气体，二氧化碳浓度的降低又会让好不容易热起来的火星变冷。在地球上，空气中有大量水蒸气，可以起到保温作用，但水蒸气很难留在火星空气中，而是会迅速变成雨或雪。就算一切条件理想，人类最少也要花近一千年时间才能完成火星的改造工作。不过人类的技术进步是很快的，就算现在有些问题很难解决，我们也可以期待在未来一千年间出现新的解决方案。
我们还可以从另一个角度解决人类适应火星的问题，那就是改造人类。在漫长的演化过程中，人类已经被大自然改造过了。攻击过我们的许许多多病毒进入我们的细胞内部，改变了我们的DNA，人体中8%的遗传密码便来自这个过程。目前的基因改造工程大部分是为医疗服务的，但说不定以后也可以用于太空探索，比如对宇航员的身体进行强化。在未来，改造火星的事业很可能会在改造环境和改造人类之间寻求一种平衡。
现在人们想移居火星，并不仅仅是因为考虑到地球环境的承载能力难以应付日益增加的人口，还有一个更重要的因素：那就是以火星为前哨，对其周边星球和太空进行更多探索和开发。抱有后一种动机的人们就像几百年前奔向新大陆的欧洲人一样，动机是淘金。
美国宇航局在其网站上对近地小行星带做过这样的描述：火星与木星轨道间的小行星带上的某些星球上藏有丰富的矿产，如果将它们的价值平均分给地球上的全部居民，每个人可以得到1000亿美元的财富。对制造业和电子行业举足轻重的金属矿产，本来就是在地球形成之初被许多小行星抛到地球上的，经过计算，这些矿藏在今后100年内便会耗尽，这样看来，火星计划会吸引包括亚马逊总裁杰夫·贝佐斯、谷歌联合创始人拉里·佩奇、微软联合创始人保罗·艾伦和马斯克在内的很多商业巨子，也就不足为奇了。
以火星为基地开采这些小行星无疑更简单方便，而出于造价的考虑，这些原材料也不会被运回地球，而会在火星上就近加工，成为商品。说不定等你拿到iPhone30时，它的机身上就会写着“火星制造”。不过，在进行外太空移民和开发的过程中，我们也需要共同协商，制定对人类活动具有约束力的法规。在这个领域，目前已有制定于1967年的《外层空间条约》等一系列规定。为了抵制对火星环境的毁灭性破坏、对富有科学探索价值的遗址的摧毁甚至是契约奴役制的死灰复燃，人类需要在探索活动中不断发现和总结问题，不断制定新的法律法规，以免重演在地球开发的历史中曾经出现的乱象。
说到这儿，今天的内容就聊得差不多了。下面，来简单回顾一下今天为你分享的内容。
首先，我们说到了怎么去火星的问题。在技术方面，早在20世纪50年代，德裔科学家布劳恩就提出了人类登上火星的设想，甚至提供了具体的方案，也做好了计算。他的计划到现在都指导着人类的太空探索事业。但在当时，世界上最有能力发展火星探索事业的美国政府并不看好这一计划，将其搁置了数十年之久。不过，高新技术行业内私人企业的蓬勃发展让许多有能力、有抱负的企业家致力于太空研究领域。目前，除了美国宇航局以外，特斯拉电动车公司的 CEO 埃隆·马斯克建立的太空探索技术公司也有能力将载人飞船送去火星。人类登陆火星还会遇到的一个问题是成本太高，不过，成本高也是高在技术，单程燃料占据的成本还不到1%，如果能像马斯克畅想的那样，把地球与火星间的客货运输做成一项长期、有规律的事业，成本就能得到大幅削减。
其次，我们说到了人类在登上火星后该如何生存。人类生存的关键是水。火星上存在大量的固态水，在某些时候，火星空气中也会出现水蒸气，人类生活用水可以通过这两个途径获取。人类呼吸的氧气也可以通过电解水来制造，目前还出现了能利用火星上充足的二氧化碳来制造氧气的技术。只要有了水，甚至不需要土壤，火星居民就可以种植作物。火星上的辐射比地球上严重得多，气压则比地球上小得多，人类的住所和衣物也要做好应对这两个问题的准备。
最后，我们说到了该怎样改造和开发火星以及周边星球。生态改造是一个整体过程，其中的因素是环环相扣、互相影响的。当人类让火星地表温度升高，一些气体便可以得到释放，进入大气层，形成温室效应。温度继续上升，赤道附近的固态水融化流动，人们便可以在温室外种植作物。作物释放氧气，提高空气中的氧气浓度，又会有利于人类生存。我们不仅要让火星适应人类，也可以通过基因改造的手段让人类适应火星，这在未来是很有可能实现的。火星只是一个阶段性目标，人类登上火星后，就能以它为根据地，探索太阳系中很多有着丰富矿藏的小行星，这是人类探索火星的一大动力。也许在有生之年，我们不光能在电视上看到人类在火星上生活和工作的实况，还能用上火星制造的产品。
撰稿：阿灰 脑图：摩西 转述：杰克糖