再尋一個(gè)地球？科學(xué)家們把眼光聚集在火星

某種意義上說(shuō)，地球是宇宙的驕子——46億年來(lái)，只有地球在漫長(zhǎng)的演化過(guò)程中顯示出生命的奇跡。這源于地球與太陽(yáng)的恰當(dāng)距離，在這個(gè)范圍內(nèi)，地球上的水有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種形態(tài)，地球上的物種得以延續(xù)生命。

然而，任何天體跟人一樣有誕生、有成長(zhǎng)、有死亡。地球已經(jīng)46億歲了，最終也會(huì)慢慢走向老年，這個(gè)時(shí)間可能是45億年。那個(gè)時(shí)候，地球上將沒(méi)有火山活動(dòng)，沒(méi)有板塊運(yùn)動(dòng)，也沒(méi)有強(qiáng)烈的地震。地球會(huì)慢慢冷卻，最終變成一塊大石頭。

那么，人類是否能尋找到第二個(gè)天體，并將其改造成我們的第二個(gè)棲息地？全球的科學(xué)家將目光聚焦于火星。中國(guó)亦是如此。中國(guó)探月工程的首任首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)，今年84歲，因成功推動(dòng)中國(guó)第一顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”的發(fā)射升空，被稱為“嫦娥之父”。探月之外，他亦關(guān)注中國(guó)的火星探測(cè)計(jì)劃。在本刊記者對(duì)他的專訪中，他以一種深厚而樂(lè)觀的情感來(lái)看待人類對(duì)深空的探測(cè)，講述中國(guó)火星探測(cè)的故事。

三聯(lián)生活周刊：從1960年蘇聯(lián)發(fā)射首顆火星探測(cè)器至今，人類已經(jīng)發(fā)射了近50顆火星探測(cè)器。為什么人類這么熱衷于去火星呢？如何看待各國(guó)關(guān)于火星的探測(cè)競(jìng)賽？

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)：深空探測(cè)是了解太陽(yáng)系及其各層次天體形成與演化、生命溯源等一系列重大基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的最有效手段，是人類進(jìn)行空間資源開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)地球的重要途徑。火星因?yàn)槠淇赡苁堑赝馍�命探索的主要目�?biāo)天體及其可宜居等獨(dú)特性質(zhì)，成為各國(guó)在深空探測(cè)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)和生長(zhǎng)點(diǎn)。

太陽(yáng)系中靠近太陽(yáng)的4個(gè)行星——水星、金星、地球和火星，稱為類地行星，其中火星與地球的相似程度最高。火星是地球的近鄰，與地球的距離約6000萬(wàn)～4億千米；火星的自轉(zhuǎn)軸傾角為25.2°，地球?yàn)?3.5°，因而火星與地球在一年中都有春夏秋冬的季節(jié)變化；火星的自轉(zhuǎn)周期也就是一晝夜為24.66小時(shí)，地球?yàn)?4小時(shí)；火星有一個(gè)極其稀薄的以二氧化碳為主的大氣層；在火星的早期歷史中，火星表面有過(guò)液態(tài)水的活動(dòng)，發(fā)育過(guò)河流、湖泊和海洋；有證據(jù)表明，火星曾經(jīng)繁衍過(guò)生命。

我們能不能為地球、為全人類找到另外一個(gè)安全的棲息地，讓人類有兩個(gè)棲息地，這是非常重要的一個(gè)設(shè)想。目前全世界的科學(xué)家公認(rèn)，改造火星是達(dá)成這一設(shè)想的最好選擇和對(duì)象。要改造火星，科學(xué)家們已經(jīng)經(jīng)過(guò)幾十年的研究，提出了他們的步驟，我也與人合寫(xiě)了一本科普書(shū)叫《再造一個(gè)地球——人類移民火星之路》。

三聯(lián)生活周刊：到目前為止，人類實(shí)現(xiàn)了對(duì)火星的飛越探測(cè)、環(huán)繞探測(cè)、著陸與巡視探測(cè)，對(duì)于火星，科學(xué)家們最為關(guān)注的問(wèn)題有哪些？

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)：人們對(duì)火星最關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題就是，火星上到底有沒(méi)有生命？大家知道，地球出現(xiàn)生命，而隨著生命的演化，出現(xiàn)了高等智慧的人類，繼而建立了高度文明的社會(huì)。但是，人類在浩瀚宇宙中十分孤獨(dú)，沒(méi)有自己的同類，我們不知道別的星球上還有沒(méi)有生命；我們不知道自己來(lái)自何方，更不知道未來(lái)將走向何處。因此，大家會(huì)關(guān)注火星上有沒(méi)有生命，如果有，這種生命是什么樣子的。這是人類自古以來(lái)的一種期盼。

迄今為止，人類進(jìn)行了40多次火星探測(cè)，有繞火星飛行的衛(wèi)星，也有降落在火星表面的著陸器，還有很多火星車。今后，還會(huì)有很多火星探測(cè)計(jì)劃。探測(cè)火星的第一個(gè)目的就是想搞清楚，火星現(xiàn)在有沒(méi)有生命活動(dòng)？如果沒(méi)有，火星以前是否出現(xiàn)過(guò)生命？美國(guó)發(fā)射的“海盜一號(hào)”“海盜二號(hào)”，包括2007年發(fā)射的“鳳凰號(hào)”都是圍繞這個(gè)目的探測(cè)火星的。他們期望能發(fā)現(xiàn)火星上有生命活動(dòng)，哪怕是最初級(jí)最原始的細(xì)菌，那都將是了不起的巨大發(fā)現(xiàn)。

三聯(lián)生活周刊：怎么樣去尋找火星上的生命呢？

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)：根據(jù)地球生命研究的成果，生命誕生的基本條件是：有液態(tài)水、能量和構(gòu)成生命的基本元素，如碳、氫、氧、氮和磷等元素。

早期的火星生命探尋是直接探測(cè)火星的生命活動(dòng)，探測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)今的火星表面沒(méi)有任何生命活動(dòng)的跡象和科學(xué)證據(jù)。科學(xué)家轉(zhuǎn)變思路，尋找火星生命跡象關(guān)鍵要找到液態(tài)水。有液態(tài)水就可能有生命的孕育，所以第二步就是去尋找火星上的液態(tài)水。在火星上拍到的很多照片表明，火星曾經(jīng)有過(guò)大量水體活動(dòng)，如干枯的河床和湖泊，火星干枯的鹽湖殘留的鹽類與地球死海的鹽類相似，表明火星湖泊的水體屬于高濃度的鹵水。就像地球南北極一樣，火星南北極有大面積冰蓋，這些冰主要是干冰，但是也有水冰。

拍到的照片證明，火星的北半球完全是一個(gè)典型的干涸的海盆地，有很多河道流向這個(gè)海洋，還有很多湖泊的遺址。當(dāng)然現(xiàn)在火星表面沒(méi)有液態(tài)水，但是既然古代有水，是不是那個(gè)時(shí)候有生命？人類抱著這個(gè)期望到處找水，結(jié)果有了一些新的發(fā)現(xiàn)。

比如，探測(cè)器在火星的同一個(gè)地方拍到的照片顯示，1999年8月，那里是一個(gè)陡巖，但到了2005年9月，陡巖塌方了，且有像紅色水流的東西涌出來(lái)，并在下游形成了沖積扇。這表明，火星表面以下有水體埋藏。還有，當(dāng)年“鳳凰號(hào)”降落的時(shí)候支撐腿上有水柱，后來(lái)慢慢消失，這表明大氣中可能有水。

中國(guó)將在2020年左右發(fā)射的火星探測(cè)器就有一個(gè)任務(wù)，要把火星地下水的分布全部探清楚，包括究竟還有多少、是怎么分布的。科學(xué)家們通過(guò)模型計(jì)算出，曾有大約100米厚的水覆蓋了整個(gè)火星。既然有那么多水，難道真的就不會(huì)有生命嗎？所以大家希望通過(guò)追蹤水的痕跡來(lái)發(fā)現(xiàn)生命。

三聯(lián)生活周刊：還有哪些證據(jù)，是火星上曾有生命的標(biāo)志呢？

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)：火星大氣的主要成分是二氧化碳，科學(xué)家后來(lái)發(fā)現(xiàn)火星大氣里有甲烷，也就是天然氣。一般甲烷有兩種來(lái)源：一是生命活動(dòng)誕生的，二是非生命活動(dòng)合成的。所以這也可能是生命存在過(guò)的線索。美國(guó)在“好奇號(hào)”上火星之前做了大量的準(zhǔn)備工作，就是要測(cè)出甲烷到底是生命活動(dòng)產(chǎn)生的還是非生命活動(dòng)的化學(xué)合成產(chǎn)生的？但至今都沒(méi)有結(jié)論。

還有一個(gè)辦法，火星上有一些巖石會(huì)掉到地球上來(lái)。中國(guó)南極考察隊(duì)曾在南極找到1.23萬(wàn)塊天上掉下來(lái)的石頭，有的來(lái)自月球，有的來(lái)自太陽(yáng)系其他小天體，其中有兩塊就是從火星掉下來(lái)的。科學(xué)家們對(duì)火星隕石做了很多研究，特別是1984年在南極找到的ALH84001火星隕石，電子顯微鏡下看到這里面有很多小蟲(chóng)子的形狀，截面也有，非常漂亮。這是不是36億年以前火星上的細(xì)菌？

在地球上36億年前已經(jīng)產(chǎn)生了最低級(jí)的生命，火星也許同時(shí)產(chǎn)生這樣的低級(jí)生命。但絕大部分科學(xué)家認(rèn)為這可能是南極冰的污染，是地球生物。另外很多自然界的成因也可以形成這種小蟲(chóng)子一樣的東西，并不能說(shuō)明它就是過(guò)去火星的生命，所以仍然沒(méi)有結(jié)論。

最近落在摩洛哥的一塊火星隕石是由中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜研究的，就是Tissint隕石。這塊隕石里發(fā)現(xiàn)了很多碳的顆粒，在電子顯微鏡下，科學(xué)家們對(duì)碳的顆粒做了碳同位素分析，結(jié)果令人振奮。因?yàn)樘嫉耐�位素組成非常像地球上的生命物質(zhì)來(lái)源的碳的同位素，表明火星曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)生命。

這件事情轟動(dòng)了世界，緊接著半個(gè)月以后美國(guó)國(guó)家航空航天局的“好奇號(hào)”探測(cè)車在火星上鉆孔取樣也找到了這種碳顆粒，這一下子使大家非常振奮，這是目前為止關(guān)于火星曾經(jīng)有過(guò)生命這一問(wèn)題的最好結(jié)果。但是最終要證明火星曾經(jīng)有過(guò)生命，一定要在火星過(guò)去的三十幾億年的沉積巖里找到化石，才可以確證它以前真的有生命，所以征程還很遙遠(yuǎn)，任務(wù)很艱巨。但我相信，科學(xué)家們一定會(huì)堅(jiān)持到底，一定要把這個(gè)問(wèn)題搞清楚。

三聯(lián)生活周刊：中國(guó)的探測(cè)火星任務(wù)是如何安排的？為什么會(huì)選在2020年發(fā)射？跟之前的探測(cè)有什么區(qū)別？

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)：中國(guó)在2020年左右有一個(gè)發(fā)射火星探測(cè)器的窗口，大概在年初將發(fā)射中國(guó)的第一個(gè)火星探測(cè)器，約在年末到達(dá)火星。火星探測(cè)受到限制，不是你想什么時(shí)候去就能去的。火星是太陽(yáng)附近的第四個(gè)行星，地球是第三個(gè)。大家共同繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，有時(shí)候地球在太陽(yáng)這邊，火星在太陽(yáng)那一頭，你根本沒(méi)有辦法到達(dá)火星。所以，科學(xué)家們算來(lái)算去有一個(gè)窗口，大概26個(gè)月有一次機(jī)會(huì)，錯(cuò)過(guò)發(fā)射窗口，就必須26個(gè)月以后再來(lái)一次。“機(jī)遇號(hào)”軌道就是這樣選的。

我們現(xiàn)在的配置是發(fā)射一個(gè)火星衛(wèi)星繞著火星飛，全面、系統(tǒng)、綜合性地探測(cè)火星。同時(shí)，我們還有一個(gè)火星車要著陸在火星上。我們第一次去，首先要對(duì)火星整體有個(gè)了解，人家做過(guò)的也得干。比如做火星的地圖，要做得比別人好；探測(cè)火星表面土壤的類型、分布、成分和成因，我們要測(cè)定火星表面各種類型的巖石是怎么分布的，不同成因的巖石分布面積有多大，進(jìn)一步研究火星的地質(zhì)演化等。

火星大約在10億年前全球性的內(nèi)稟偶極子磁場(chǎng)消失，形成了特殊的多極子磁場(chǎng)，我們要探測(cè)不同區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度和特征；我們更想做的是要探明火星地下水的分布，估算火星地下水的總量，因?yàn)槲覀冞�是關(guān)注火星的生命，還是期望能夠找到火星的生命。地下水也牽扯到以后對(duì)火星的改造利用等，這些都是有關(guān)系的。

“好奇號(hào)”被稱為“火星車之王”，是把巨大的實(shí)驗(yàn)室搬到火星上。大概誰(shuí)也超不過(guò)它，很龐大、很重，我們沒(méi)有那么重的火星車。從儀器的多少和儀器的精度、探測(cè)能力來(lái)說(shuō)，恐怕別的國(guó)家很難做到“好奇號(hào)”這種程度，但是我們可以利用別的辦法，如火星軌道衛(wèi)星和火星車相結(jié)合，天上、地上聯(lián)合起來(lái)探測(cè)，這也是我們?cè)O(shè)計(jì)的特色。

三聯(lián)生活周刊：火星的環(huán)境這么惡劣，經(jīng)過(guò)怎樣的改變才能適應(yīng)人類的生存，變成另外一個(gè)地球呢？

歐陽(yáng)自遠(yuǎn)：在地球上，我們呼吁減排，不能釋放更多的二氧化碳，主要是因?yàn)闇厥倚��?yīng)會(huì)讓溫度不斷升高，導(dǎo)致很多嚴(yán)重的后果，比如北極和南極冰蓋融化，海平面上升，一些地勢(shì)低洼地區(qū)甚至?xí)�被大水淹沒(méi)。

但是在火星上，卻是排放越多越好，這樣使它提高大氣層的濃度，增加大氣層的溫室效應(yīng)，以提高火星表面溫度，讓火星冰蓋的干冰升華和水冰融化，干冰升華增加大氣層的二氧化碳濃度，制造溫室效應(yīng)，然后慢慢出現(xiàn)液態(tài)水，再逐漸一步一步改造。

下一步改造大概需要經(jīng)歷七八個(gè)步驟，這需要一個(gè)世紀(jì)到兩個(gè)世紀(jì)的努力。剛開(kāi)始登陸火星后，必須居住在密閉的地下或地面的艙室里，也許最好的方式是用機(jī)器人上去，發(fā)揮它們的智能作用進(jìn)行火星改造。

隨著火星表面的溫度上升，有水流存在，人類就可以選擇培育能促進(jìn)光合作用的菌類和苔蘚，在火星上逐步開(kāi)展植樹(shù)造林計(jì)劃。光合作用使二氧化碳逐漸變成氧氣，進(jìn)一步培育出能釋放更多氧氣的超級(jí)植物，加快火星上氧氣的增長(zhǎng)速度，逐步改變火星大氣的組分。

大氣濃度和氧氣濃度提高后，未來(lái)的火星居民可能不用穿太空服，就可走出戶外，普通飛機(jī)也可以在火星上起降。這樣就將紅色的火星逐步改造成一個(gè)綠色的火星；大量水體的出現(xiàn)，則將其逐步改造成一個(gè)藍(lán)色的火星。通過(guò)人類的智慧和努力，火星完全可以改造成生機(jī)盎然的小地球，再現(xiàn)青山綠水，成為人類的第二家園。到那時(shí)，地球和火星都會(huì)處于太陽(yáng)系的“宜居帶”里。這顆貧瘠的行星將成為一個(gè)擁有蔚藍(lán)色天空、綠色平原、藍(lán)色湖泊和生態(tài)環(huán)境友好的新世界，地球－火星將成為人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展的姐妹共同體。

本文刊載于《三聯(lián)生活周刊》2019年第3期，原文標(biāo)題《歐陽(yáng)自遠(yuǎn)：再造一個(gè)地球》