本帖最后由 落魄狭 于 2010-11-19 16:59 编辑
美国殖民者设想用600年时间将火星改造成地球
我们能把火星变成地球吗?能将火星凛冽寒冷、空气稀薄的地表转化为更加适宜于人类居住的地球环境吗?如果能,我们应该怎样做? 第一个答案非常明确:当然,我们完全有可能做到。通过宇宙飞船发回的数据(包括目前正在火星探测的飞行器在内),我们已经发现有证据可以表明,在火星形成初期,它的气候温和,有一段时间曾有河流流入汪洋大海的迹象。在地球上生活的我们,已经知道如何让行星变暖的方法,那就是向大气层中添加一些温室气体。大量的二氧化碳曾经使火星的气候变得温和,并且目前在火星上仍然可能存在着二氧化碳。在冻结的泥土和极地冰盖中还可能存在着水。要将火星恢复到它的最佳气候阶段,我们所需要的就是一位拥有庞大预算的园艺师。
美国宇航局(NASA)的行星科学家克里斯·麦凯(ChrisMcKay)表示,将火星地球化的大部分工作需要火星自身完成。
麦凯说:“人类所做的工作只是将火星的气候变暖,然后撒下孕育生命的种子。”全氟化碳(Perfluorocarbons)是一种强效的温室气体,可以用火星的泥土和空气中的成分合成获得,然后将它释放到大气中。这会使整个行星变暖,然后它们就会释放出冷冻的二氧化碳气体。二氧化碳会升高温度,将大气压力增加到能让液态水流动的程度。与此同时,威斯康星大学的植物学家詹姆斯·格雷厄姆(James Graham)说,通过这种方法,人类殖民者就可以在这颗红色的星球上建立一个可持续的生态环境。首先在火星的南极地区会生长出细菌和地衣类植物,之后会出现苔藓类植物,一千年或更长时间后会长出红杉树。再经过几千年的时间,长成的森林会逐渐培育释放出氧气。
像火星协会主席罗伯特·祖布林(Robert Zubrin)这样的积极人士,仍然梦想着在火星上会出现人类的城市。祖布林是一位工程师,他认为人类文明只有通过无限扩张,才有可能得到繁荣发展。这类处于研究前沿的课题只对麦凯一类科学家来说具有可行性。他说:“我们将来居住在火星上,就像居住在南极地区一样。在南极没有小学。”但他认为人类在未来的火星上所学习到的经验会有助于我们与地球更为融洽地相处。 但是,有关实现该计划的时间尚有待商榷。火星目前对人类没有直接利害关系,或许,地球上的麻烦已经够让人类头痛不已。但是,做为这个星球上最为强势的领导,美国一个由白宫指定的讨论组最近建议首先在月球或小行星上尝试一下,并指出宇航局缺少进行太空之旅的预算费用。最后一点,我们还无法估算出,要将一颗死气沉沉的行星变成地球一样的绿色星球到底会花费多少费用。
火星改造之方案: 要想移居火星,先要了解一个概念——外星环境地球化,这个词的意思是“改变外星的环境,如大气层里的气体,使之接近地球的自然环境”。对于火星来说,最 重要的是要让火星上生成人类赖以生存的氧气。对于这一目标,很多科学家认为需要2万至10万年的时间,因而是遥不可及的。但火星协会的创始人、科学家罗伯 特·祖柏林认为,这个过程只要大约1000年时间就可以完成。
祖柏林把自己的工作跟哥伦布发现新大陆相提并论,如今他已经制定出一套详细的改造火星计划,而他领导的火星协会则将如“愚公移山”般逐步 实施这个惊世骇俗的移民计划,也许1000年后,当温室效应最终摧毁我们的家园的时候,祖柏林的移民计划会成为人类的“诺亚方舟”。
祖柏林宏大的改造计划共分5步,这些性急的“火星人”甚至设计好了未来火星共和国的国旗,这面好似法国国旗的旗帜,颜色不是法兰西的蓝白红,而是红绿蓝。
为什么要改造火星?
火星环境改造是一项世纪大工程,甚至于是一项空前绝后的大工程,为这项世纪工 程所要投入的人力、物力和财力无法估量,为完成这项工程所需要的时间不是十几年或几十年,而是几百年或上千年。人类为什么要花费如此高昂的代价来实施这项 工程?这确实是需要很好解决和回答的一个大问题。对于这个问题,科学家提出几种不同的理论:
(1)人口输出论:因为地球上的人口越来 越多,资源越来越少,环境越来越坏,生活质量越来越下降,因此应该寻找出路,将地球上过多的人口输出到其他星球上,而在太阳系中,唯一能够接收地球上过多 人口的就是火星。
(2)保留人种论:万一有一天一颗小行星撞击地球,人类就会像6000万年前的恐龙一样,几小时之内就灭绝,在这种 情况下,如果人类对火星进行改造,给自己留条后路,赶紧送几批人到火星上去,就可以保留人种,在火星上繁衍生息。
(3)火星还原论: 火星表面有大量的水,在几十亿年以前火星还是一颗到处都布满水的行星,火星过去的环境跟地球一样,这种环境完全适合于生命的存在。因此人类改造火星的目的 就是要恢复火星过去的环境,还原其本来“面目”。
(4)人性论:人类对火星的改造是由人的本性决定的,因为人总是不断进取,不断扩大 自己的生存空间,不断改造周围环境,使之适合于自己的需要。因此改造火星环境,是人类历史发展的必然,是人类本性的集中体现。
第一步:
达到“环境地球化”的临界点
完成自给自足的定居点从而移民火星具体计划的第一步,则是先让火星达到“环境地球化”的临界点——使这个寒冷的星球变暖。现在火星赤道附近的温 度有时可以达到0℃以上,要使火星的冰冻物质完全融化,至少需要使火星的外层大气达到40℃左右。与地球正在努力遏制温室效应不同,祖柏林表示人类将要在 火星上制造一场“巨大的温室效应”。在祖柏林的计划中,完成这一步的时间为2150年左右。祖柏林提出了三个让火星变暖的方案,其中第三种方案得到许多科 学家的赞同。
第一方案:太空镜
祖柏林给火星加热的第一个方案是一面大镜子,这面镜子的直径将超过120公里,在火星表面21公里以上的轨道运行。这面镜子将把太阳光反射到火星指定区域,以释放出冷冻地表下面的大气和水。
不过,这面太空镜子太大了,人类目前的科学水平还造不出这样的太空镜。
第二方案:小行星撞击
太空中很多小行星都是由冷冻的氨气构成的,而氨气则是重要的温室气体。祖柏林的计划是,让一颗直径2.5公里左右的小行星去撞击火星,撞击产生 的巨大能量将使火星上的1万亿吨冰融化成水,而小行星撞击后释放的氨气也可以让火星大幅升温。他估计,40次这样的撞击就可以使火星达到适合人类居住的水 平。不过,实现这一方案的科学难度也很大。
第三方案:制造温室气体
祖柏林的第三种方案是在火星上人工制造温室气体,这是被认为最为可行的方案。和许多科学家一样,祖柏林认为四氟化碳是最有效的温室气体,他计划 在火星上建几处化工厂,不停地制造四氟化碳。根据计算,如果每小时排放1000吨这种气体,30年内火星的平均温度将升高27.8℃。这项过程预计耗能 5000兆瓦,5个核电站就可以满足这些能量需求。
第二步:
释放火星土壤中的大气
现在的火星上只有稀薄的大气,但在30亿年前,火星的表面包围着厚厚的二氧化碳大气层。由于火星变冷,大部分二氧化碳都被土壤吸收冰冷冻起来。 当人类完成改造火星第一步后,温暖的气候将使这些二氧化碳释放出来。祖柏林表示,“土壤中释放出来的二氧化碳可以在20年内让火星温度再升高5.6℃,这 时候一些冰开始融化成水,水也开始蒸发,并形成雨雪等天气现象。”根据他的计算,到2200年,火星表面将拥有0.1个大气压的二氧化碳。
第三步:
种植植物
随着土壤中二氧化碳的不断释放,到2250年,火星上的大气含量将达到0.21个大气压,相当于地球的五分之一,其中大部分是二氧化碳。此时的 火星居民不用穿太空服就可以走出户外,当然他们还需要氧气袋;普通飞机可以在火星上起降;人们还将建设一个带有穹顶的封闭型城市。
一旦火星赤道附近的温度长年保持在0℃以上,火星上就可以有稳定的液态水供应,到2250年,火星已经可以生长植物,不过祖柏林表示,“最先考虑培育的,应该是能够促进光合作用的菌类和苔藓。”
第四步:
收获氧气
植物的生长,意味着氧气的产生,光合作用使二氧化碳逐渐变成氧气。
为了加快制造氧气的速度,火星居民将大规模种植各种植物,并小心处理各种垃圾,因为垃圾腐败会制造大量二氧化碳。此外,基因工程将帮上大忙,祖柏林预计,届时科学家将培育出能释放更多氧气的“超级植物”。
第五步:
再等1000年
前面的规划看起来似乎很顺利,50年就可以制造大气,再过50年可以在火星上散步,但接下来的是一个漫长的过程,因为要使火星植物释放出足够人类自由呼吸的氧气,大概需要1000年。在这1000年里,火星居民要不停地种植、收获,努力“生产”更多的氧气。
火星档案
火星比地球小一些,半径为地球的53%,体积为地球的15%,质量为地球的11%,表面重力为地球的38%。火星有稀薄的大气,95%是二氧化 碳,还有3%的氮,大气密度约为地球大气的1%。火星每24.63小时自转一圈,并在一条椭圆轨道上以25.2度的倾斜角绕太阳公转,周期为687天,因 而与地球一样,有四季分明的气候,冬季最低温度为零下125℃,夏季最高22℃,平均气温-63℃。这样的自然状态虽然仍不适合人居住,但与月球相比,可 说有天壤之别。虽然目前在火星上还看不到液态水,但迄今探测发现的大量水流痕迹,至少说明火星上曾经有过滔滔大水,而且科学家们也发现火星两极有大量的冰 存在。
此外,火星上的绿黏土和火山灰,有利于植物生长;火星大气中有足够的二氧化碳气体,可提高植物光合作用的效能,使农作物获得比地球上更大的丰 收。火星上到处都是氧化铁等氧化物质,可还原出氧气来。火星上有丰富的能源。如风能比地球上要丰富得多;火星上有地热能;还可利用二氧化碳和氢制造甲烷燃 料;也可用重氢进行核发电等等。火星上有火山活动和水流冲击形成的各种金属富矿,这比散布在土石中的月球金属元素优越得多。
在改造之前仍需封闭型的基地:
也有人建议先开发月球后建一个月球基地以便能模拟火星或更远行星的探险任务以提供足够的经验。开发其它类地行星是人类生存的必然过程。
新奇的方案:
二十一世纪后期将可能开始进行改造行星的计划。
(1)引进纳米机器人
顾名思义,这种机器人的大小为纳米量级。它们用微小的手臂拾起并移动原子,靠超微电脑指导自己的行动。纳米机器人基本分为两种:普通装配工和自我复制 工。这些分子大小的机器人可能安装有手指来操作原子,安装有探针来区别不同的原子或分子,并输入程序指挥机器人的行动。
这种纳米机器 人不仅能快速自我复制,从一小群变成数万亿,而且它们工作的效率极高,同时还节省能耗。纳米机器人自我复制用的原材料来自火星土壤。每一个纳米机器人重9 至10个原子质量单位。如果复制1800万亿个纳米机器人,其重量仅为30克。纳米机器人的复制速度是按指数增长,如果复制10小时,将有680亿亿纳米 机器人。不过这样多的纳米机器人仅重120千克。如果复制24小时,重量将达到1吨,然后稳定在这一水平。两年以后就能生产出2000万亿吨的气体,20 年后火星表面的大气压力就能达到人类居住所需要的水平。当然,要将火星环境改造成像地球一样的生物圈,还需要300年。
根据工作任务 的不同,需要三种纳米机器人:一种是专门处理二氧化碳的;另一种是专门生产氮的;还有一种是专门生产氧的。这些纳米机器人在完成任务以后,按照原定程序会 自毁和自行分解。这种机器人分解后的产物又成为将来种植庄稼、蔬菜和果树的肥料。
如果人工纳米机器人能自我复制的话,将它们置于行星的表面,后以几何式复制增加数量1-2-4-8-16-32。。。直到亿亿亿兆万个!聚合分类与采用当地各种原子(碳,氢,氧。。。)合 成(叶绿素+水+有机物+适当的空气类型+清除有害的“不明细菌”??创造出 类地环境。纳米机器人将以人类操控米粒那样操控原子。经过探测器的探测适当的资源点时,后将数万个自我复制 功能的纳米机器人投放于被选中的地点,这时才开始收集各种各样的原子或分子,进行化学反应后又分类得到的产 物,后利用这些资源复制自身,当设定到达一个时间并足达到够的数量时,一个终端机械人将禁止复制指令发送给 每一个纳米机械人。复制完成后才重复采集并夺取与分类的工作,改造星球环境。
另外,将当量为亿吨高爆炸药以反物质作点燃纯核融合这是为了避免使用核裂变作点火而释放有害的永久性的核 辐射,同时还有减轻核武的质量的目的以方便运载。核武释放于有水冰的星球两级,从而制造温室与水源。 如果星球上的辐射问题与磁场问题否可以使用特别的合成物放置问题点比如能将磁场屏蔽化的镍钴共晶合金埋在土中,这需要人类宇航员或大型机械人的工作。
(2)微型环境改造法
这种微型环境改造法可以形象地称为“蚂蚁啃骨头”的办法,其特点是用大量的微型环境改造取代全球性的环境改造。 提出这种方法的人建议,按照环境改造的最小单位,在火星表面建造大量的微型温室。这种微型温室相当于我国农民田里种菜时建的塑料棚,不过它是圆形,直径 14至18米,由透明的双层纤维塑料制成。塑料棚里面白天温度升高,夜里温度也不会降低太多,棚内大气压力维持在60至70毫巴以上。塑料棚里面就是一个 小型生态系统,里面不仅有生物,而且还有适合于这种生物生存的环境,特别是里面的植物能进行正常的光合作用。塑料棚不仅能防护棚内小型生态系统的稳定性, 而且还与外界火星环境有一定程度的气体交流。通过这种有控制的气体交流,微型温室不断地吸收外面的二氧化碳,同时又能定期释放出氧气和一些有机物质。
微型温室在火星表面就相当于沙漠中的绿洲,绿洲虽然很小,但因为数量极大,因此也能慢慢地、一点一点地改变火星环境。
人类必然在本世纪下半叶中开始改造火星,到那时以上所说的技术都具备了,等着未来的全球领导人的决策罢了。
问题与挑战:
1.火星上的大气太稀 薄了。
2.火星的磁场分布不一。
3.火星的磁场太弱,太阳风抄袭刮走火星大气,易烤干水源与威胁生命。
4.小行星与彗星擦 过或直接 撞击的危险性。
5.火星上的水分的沸点会很低。
6.火星上的沙尘暴会对宇航员及科学仪器造成不良的影响。
可能的解决方法:
1.人造磁场:
改变的电场,磁场无处那里都可以产生。以必免太阳风刮走火星大气,烤干水源与威胁生命。 磁场由行星级的常温超导体生成,大概0.6特斯拉的磁场就足够了,人造磁场能防止太阳风与宇宙辐射等危害生命的射线,并只在有人住的地方放置。
美科学家提出产生强磁场的新思路
(一束激光和一根细线创造强磁场)http://www.edu.cn/20020226/3021193.shtml
2.空气成分分配:
为了应付火星大气的低压,人们必须使用纳米机械人将火星的空气成分调整一下就可以了,比如增加 二氧化碳等 重 气体。
3.人体改造:
使用基因工程将人类的染色体略改造以适应外星球的环境。
4.防卫系统
由于失去了像月球那样的保护,再加上火星相对地球靠近小行星带,如果碰上具有威胁性的小行星,那么将启动撞击核武,用于摧毁或必使小行星偏移轨道。
5.将基地点置于火星的地底下。
6.将基地置于地下,居住舱内封闭空气的循环由绿化室提供新鲜空气,气闸舱安装净化过滤器消毒, 确保科学仪器的密封性与自动维修功能。
我们人类目前所居住的地球面临着气候变化,污染与资源短缺等的问题,这些其实都是可以克服的问题,但人口激烈增加却是无法避免的,所以在21世纪,我们必须要到达外太空进行发展以防止人类文明在下一个冰河时期消失。
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