再尋一個地球？科學家們把眼光聚集在火星

某種意義(yi) 上說，地球是宇宙的驕子——46億(yi) 年來，隻有地球在漫長的演化過程中顯示出生命的奇跡。這源於(yu) 地球與(yu) 太陽的恰當距離，在這個(ge) 範圍內(nei) ，地球上的水有固態、液態、氣態三種形態，地球上的物種得以延續生命。

然而，任何天體(ti) 跟人一樣有誕生、有成長、有死亡。地球已經46億(yi) 歲了，最終也會(hui) 慢慢走向老年，這個(ge) 時間可能是45億(yi) 年。那個(ge) 時候，地球上將沒有火山活動，沒有板塊運動，也沒有強烈的地震。地球會(hui) 慢慢冷卻，最終變成一塊大石頭。

那麽(me) ，人類是否能尋找到第二個(ge) 天體(ti) ，並將其改造成我們(men) 的第二個(ge) 棲息地？全球的科學家將目光聚焦於(yu) 火星。中國亦是如此。中國探月工程的首任首席科學家歐陽自遠，今年84歲，因成功推動中國第一顆探月衛星“嫦娥一號”的發射升空，被稱為(wei) “嫦娥之父”。探月之外，他亦關(guan) 注中國的火星探測計劃。在本刊記者對他的專(zhuan) 訪中，他以一種深厚而樂(le) 觀的情感來看待人類對深空的探測，講述中國火星探測的故事。

三聯生活周刊：從(cong) 1960年蘇聯發射首顆火星探測器至今，人類已經發射了近50顆火星探測器。為(wei) 什麽(me) 人類這麽(me) 熱衷於(yu) 去火星呢？如何看待各國關(guan) 於(yu) 火星的探測競賽？

歐陽自遠：深空探測是了解太陽係及其各層次天體(ti) 形成與(yu) 演化、生命溯源等一係列重大基礎科學問題的最有效手段，是人類進行空間資源開發利用和保護地球的重要途徑。火星因為(wei) 其可能是地外生命探索的主要目標天體(ti) 及其可宜居等獨特性質，成為(wei) 各國在深空探測領域中的熱點和生長點。

太陽係中靠近太陽的4個(ge) 行星——水星、金星、地球和火星，稱為(wei) 類地行星，其中火星與(yu) 地球的相似程度最高。火星是地球的近鄰，與(yu) 地球的距離約6000萬(wan) ～4億(yi) 千米；火星的自轉軸傾(qing) 角為(wei) 25.2°，地球為(wei) 23.5°，因而火星與(yu) 地球在一年中都有春夏秋冬的季節變化；火星的自轉周期也就是一晝夜為(wei) 24.66小時，地球為(wei) 24小時；火星有一個(ge) 極其稀薄的以二氧化碳為(wei) 主的大氣層；在火星的早期曆史中，火星表麵有過液態水的活動，發育過河流、湖泊和海洋；有證據表明，火星曾經繁衍過生命。

我們(men) 能不能為(wei) 地球、為(wei) 全人類找到另外一個(ge) 安全的棲息地，讓人類有兩(liang) 個(ge) 棲息地，這是非常重要的一個(ge) 設想。目前全世界的科學家公認，改造火星是達成這一設想的最好選擇和對象。要改造火星，科學家們(men) 已經經過幾十年的研究，提出了他們(men) 的步驟，我也與(yu) 人合寫(xie) 了一本科普書(shu) 叫《再造一個(ge) 地球——人類移民火星之路》。

三聯生活周刊：到目前為(wei) 止，人類實現了對火星的飛越探測、環繞探測、著陸與(yu) 巡視探測，對於(yu) 火星，科學家們(men) 最為(wei) 關(guan) 注的問題有哪些？

歐陽自遠：人們(men) 對火星最關(guan) 注的一個(ge) 問題就是，火星上到底有沒有生命？大家知道，地球出現生命，而隨著生命的演化，出現了高等智慧的人類，繼而建立了高度文明的社會(hui) 。但是，人類在浩瀚宇宙中十分孤獨，沒有自己的同類，我們(men) 不知道別的星球上還有沒有生命；我們(men) 不知道自己來自何方，更不知道未來將走向何處。因此，大家會(hui) 關(guan) 注火星上有沒有生命，如果有，這種生命是什麽(me) 樣子的。這是人類自古以來的一種期盼。

迄今為(wei) 止，人類進行了40多次火星探測，有繞火星飛行的衛星，也有降落在火星表麵的著陸器，還有很多火星車。今後，還會(hui) 有很多火星探測計劃。探測火星的第一個(ge) 目的就是想搞清楚，火星現在有沒有生命活動？如果沒有，火星以前是否出現過生命？美國發射的“海盜一號”“海盜二號”，包括2007年發射的“鳳凰號”都是圍繞這個(ge) 目的探測火星的。他們(men) 期望能發現火星上有生命活動，哪怕是最初級最原始的細菌，那都將是了不起的巨大發現。

三聯生活周刊：怎麽(me) 樣去尋找火星上的生命呢？

歐陽自遠：根據地球生命研究的成果，生命誕生的基本條件是：有液態水、能量和構成生命的基本元素，如碳、氫、氧、氮和磷等元素。

早期的火星生命探尋是直接探測火星的生命活動，探測結果表明，當今的火星表麵沒有任何生命活動的跡象和科學證據。科學家轉變思路，尋找火星生命跡象關(guan) 鍵要找到液態水。有液態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水。在火星上拍到的很多照片表明，火星曾經有過大量水體(ti) 活動，如幹枯的河床和湖泊，火星幹枯的鹽湖殘留的鹽類與(yu) 地球死海的鹽類相似，表明火星湖泊的水體(ti) 屬於(yu) 高濃度的鹵水。就像地球南北極一樣，火星南北極有大麵積冰蓋，這些冰主要是幹冰，但是也有水冰。

拍到的照片證明，火星的北半球完全是一個(ge) 典型的幹涸的海盆地，有很多河道流向這個(ge) 海洋，還有很多湖泊的遺址。當然現在火星表麵沒有液態水，但是既然古代有水，是不是那個(ge) 時候有生命？人類抱著這個(ge) 期望到處找水，結果有了一些新的發現。

比如，探測器在火星的同一個(ge) 地方拍到的照片顯示，1999年8月，那裏是一個(ge) 陡岩，但到了2005年9月，陡岩塌方了，且有像紅色水流的東(dong) 西湧出來，並在下遊形成了衝(chong) 積扇。這表明，火星表麵以下有水體(ti) 埋藏。還有，當年“鳳凰號”降落的時候支撐腿上有水柱，後來慢慢消失，這表明大氣中可能有水。

中國將在2020年左右發射的火星探測器就有一個(ge) 任務，要把火星地下水的分布全部探清楚，包括究竟還有多少、是怎麽(me) 分布的。科學家們(men) 通過模型計算出，曾有大約100米厚的水覆蓋了整個(ge) 火星。既然有那麽(me) 多水，難道真的就不會(hui) 有生命嗎？所以大家希望通過追蹤水的痕跡來發現生命。

三聯生活周刊：還有哪些證據，是火星上曾有生命的標誌呢？

歐陽自遠：火星大氣的主要成分是二氧化碳，科學家後來發現火星大氣裏有甲烷，也就是天然氣。一般甲烷有兩(liang) 種來源：一是生命活動誕生的，二是非生命活動合成的。所以這也可能是生命存在過的線索。美國在“好奇號”上火星之前做了大量的準備工作，就是要測出甲烷到底是生命活動產(chan) 生的還是非生命活動的化學合成產(chan) 生的？但至今都沒有結論。

還有一個(ge) 辦法，火星上有一些岩石會(hui) 掉到地球上來。中國南極考察隊曾在南極找到1.23萬(wan) 塊天上掉下來的石頭，有的來自月球，有的來自太陽係其他小天體(ti) ，其中有兩(liang) 塊就是從(cong) 火星掉下來的。科學家們(men) 對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裏麵有很多小蟲子的形狀，截麵也有，非常漂亮。這是不是36億(yi) 年以前火星上的細菌？

在地球上36億(yi) 年前已經產(chan) 生了最低級的生命，火星也許同時產(chan) 生這樣的低級生命。但絕大部分科學家認為(wei) 這可能是南極冰的汙染，是地球生物。另外很多自然界的成因也可以形成這種小蟲子一樣的東(dong) 西，並不能說明它就是過去火星的生命，所以仍然沒有結論。

最近落在摩洛哥的一塊火星隕石是由中國科學家領銜研究的，就是Tissint隕石。這塊隕石裏發現了很多碳的顆粒，在電子顯微鏡下，科學家們(men) 對碳的顆粒做了碳同位素分析，結果令人振奮。因為(wei) 碳的同位素組成非常像地球上的生命物質來源的碳的同位素，表明火星曾經出現過生命。

這件事情轟動了世界，緊接著半個(ge) 月以後美國國家航空航天局的“好奇號”探測車在火星上鑽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(wei) 止關(guan) 於(yu) 火星曾經有過生命這一問題的最好結果。但是最終要證明火星曾經有過生命，一定要在火星過去的三十幾億(yi) 年的沉積岩裏找到化石，才可以確證它以前真的有生命，所以征程還很遙遠，任務很艱巨。但我相信，科學家們(men) 一定會(hui) 堅持到底，一定要把這個(ge) 問題搞清楚。

三聯生活周刊：中國的探測火星任務是如何安排的？為(wei) 什麽(me) 會(hui) 選在2020年發射？跟之前的探測有什麽(me) 區別？

歐陽自遠：中國在2020年左右有一個(ge) 發射火星探測器的窗口，大概在年初將發射中國的第一個(ge) 火星探測器，約在年末到達火星。火星探測受到限製，不是你想什麽(me) 時候去就能去的。火星是太陽附近的第四個(ge) 行星，地球是第三個(ge) 。大家共同繞著太陽轉，有時候地球在太陽這邊，火星在太陽那一頭，你根本沒有辦法到達火星。所以，科學家們(men) 算來算去有一個(ge) 窗口，大概26個(ge) 月有一次機會(hui) ，錯過發射窗口，就必須26個(ge) 月以後再來一次。“機遇號”軌道就是這樣選的。

我們(men) 現在的配置是發射一個(ge) 火星衛星繞著火星飛，全麵、係統、綜合性地探測火星。同時，我們(men) 還有一個(ge) 火星車要著陸在火星上。我們(men) 第一次去，首先要對火星整體(ti) 有個(ge) 了解，人家做過的也得幹。比如做火星的地圖，要做得比別人好；探測火星表麵土壤的類型、分布、成分和成因，我們(men) 要測定火星表麵各種類型的岩石是怎麽(me) 分布的，不同成因的岩石分布麵積有多大，進一步研究火星的地質演化等。

火星大約在10億(yi) 年前全球性的內(nei) 稟偶極子磁場消失，形成了特殊的多極子磁場，我們(men) 要探測不同區域的磁場強度和特征；我們(men) 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，因為(wei) 我們(men) 還是關(guan) 注火星的生命，還是期望能夠找到火星的生命。地下水也牽扯到以後對火星的改造利用等，這些都是有關(guan) 係的。

“好奇號”被稱為(wei) “火星車之王”，是把巨大的實驗室搬到火星上。大概誰也超不過它，很龐大、很重，我們(men) 沒有那麽(me) 重的火星車。從(cong) 儀(yi) 器的多少和儀(yi) 器的精度、探測能力來說，恐怕別的國家很難做到“好奇號”這種程度，但是我們(men) 可以利用別的辦法，如火星軌道衛星和火星車相結合，天上、地上聯合起來探測，這也是我們(men) 設計的特色。

三聯生活周刊：火星的環境這麽(me) 惡劣，經過怎樣的改變才能適應人類的生存，變成另外一個(ge) 地球呢？

歐陽自遠：在地球上，我們(men) 呼籲減排，不能釋放更多的二氧化碳，主要是因為(wei) 溫室效應會(hui) 讓溫度不斷升高，導致很多嚴(yan) 重的後果，比如北極和南極冰蓋融化，海平麵上升，一些地勢低窪地區甚至會(hui) 被大水淹沒。

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，以提高火星表麵溫度，讓火星冰蓋的幹冰升華和水冰融化，幹冰升華增加大氣層的二氧化碳濃度，製造溫室效應，然後慢慢出現液態水，再逐漸一步一步改造。

下一步改造大概需要經曆七八個(ge) 步驟，這需要一個(ge) 世紀到兩(liang) 個(ge) 世紀的努力。剛開始登陸火星後，必須居住在密閉的地下或地麵的艙室裏，也許最好的方式是用機器人上去，發揮它們(men) 的智能作用進行火星改造。

隨著火星表麵的溫度上升，有水流存在，人類就可以選擇培育能促進光合作用的菌類和苔蘚，在火星上逐步開展植樹造林計劃。光合作用使二氧化碳逐漸變成氧氣，進一步培育出能釋放更多氧氣的超級植物，加快火星上氧氣的增長速度，逐步改變火星大氣的組分。

大氣濃度和氧氣濃度提高後，未來的火星居民可能不用穿太空服，就可走出戶外，普通飛機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(ge) 綠色的火星；大量水體(ti) 的出現，則將其逐步改造成一個(ge) 藍色的火星。通過人類的智慧和努力，火星完全可以改造成生機盎然的小地球，再現青山綠水，成為(wei) 人類的第二家園。到那時，地球和火星都會(hui) 處於(yu) 太陽係的“宜居帶”裏。這顆貧瘠的行星將成為(wei) 一個(ge) 擁有蔚藍色天空、綠色平原、藍色湖泊和生態環境友好的新世界，地球－火星將成為(wei) 人類社會(hui) 持續發展的姐妹共同體(ti) 。

本文刊載於(yu) 《三聯生活周刊》2019年第3期，原文標題《歐陽自遠：再造一個(ge) 地球》