如何讓火星變得如同地球一樣宜居？

文／克里斯托弗·麥克

譯／張弨

目前，有大約1 0 0萬個微生物棲居在火星上。它們覆蓋在人類發射的火星探測著陸器和探測車的表面，並充滿其內部。這些微生物處於休眠狀態，但隨時可以被喚醒。如果火星氣溫升高，火星的地表水開始重新流動，這些微生物將可以復活並進行繁殖。以目前的技術水平，人類已經有能力實現這些條件。

外星環境地球化，即將一個荒蕪的世界改造成適宜生存的地方，這一概念盛行於科幻小說中。這個詞在1 9 4 2年出版的科幻故事中被首度使用，說的是在外星球複製地球環境。這並非人類的目標，但是這個詞流行開來了。2 0世紀9 0年代，金·斯坦利·羅賓遜獲獎的科幻三部曲《紅火星》《綠火星》和《藍火星》，主要關注了外星環境地球化的科學性和道德倫理問題。但是，它如今不再只是科學幻想。

火星環境地球化並非天方夜譚

在整個學術生涯中，我一直對外星環境地球化著迷。我覺得，在自然世界中，我們可以在生命現象中找到意義和價值，人類有能力通過使宇宙中的生命變得豐富多樣來擴大這一價值。利用人類超凡的智慧，我們可以將生命延伸到地球之外——火星或許可以成為人類進行這一嘗試的第一站。

在太陽系的所有星體中，只有火星具有進行類地球化環境改造的潛力。研究顯示，在過去，其環境是允許存在生命體的，它也應該具有恢復曾經輝煌的條件。現在主要需要解決的問題是如何使這個星球的溫度逐漸上升。在技術層面上，人類或許可以完成這一任務。

火星具備構建生物圈的關鍵因子：水，氮和二氧化碳。過去1 0年的探索證明，其高緯度地區含有豐富的水冰，而「好奇」號探測車最近在土壤中檢測到硝酸鹽（質量約佔0.0 3％）。火星可能有大面積的碳酸鹽礦物層，但這種形式的二氧化碳很難釋放為氣體。火星環境地球化的成功與否取決於火星的南極帽和極地土壤：它們所含的二氧化碳釋放出來是僅僅能使大氣略微膨脹，還是能在火星上產生等同於地球的大氣壓？

根據環境模擬推演，火星可以存在兩種穩定的氣象狀態。第一種是目前正經歷的，即有著稀薄的大氣、厚厚的極地帽以及平均-6 0℃的表面溫度；第二種是推演中可以穩定存在的，即厚厚的大氣、稀薄的極地帽和1 5℃的溫度。如果人類能夠將火星氣候從第一種狀態推進到第二種狀態，那麼這些溫和的條件將自我維持。這就使火星環境地球化成為可能。

不僅僅是技術問題

根據對溫室氣體導致的地球變暖的速度的測算，我們可以在1 0 0年內讓火星變得溫暖宜人。最有效的辦法是生產超級溫室氣體，比如超氯氟烴或更好的全氟化合物，它們無毒，不干擾臭氧層的發展，並且能夠抵抗太陽紫外線輻射對生命體的破壞。而且，「好奇」號已經證實了火星岩石中存在氟。

一旦火星氣候變暖，火星兩極水冰融化後的液態水將開始在地表流動，產生類似地球的水文循環。光合生物將能夠茁壯成長，並且它們將土壤硝酸鹽和高氯酸鹽轉化為氮氣和氧氣。雖然人類仍然需要一個氧氣面罩，但那個時候或許人類即使不穿太空服，也能在火星上四處走動。

從這個時候開始，這個外星環境地球化項目將專註於如何培育氧氣。人類呼吸需要氧氣水平高於1 3％和二氧化碳水平低於1％。在地球上，全球生物圈使用陽光產生生物量和氧氣，能量轉換效率為0.01％。0.01％的轉換率是海洋、沙漠和森林的平均值。按這個速度，火星產生類似地球的大氣需要10萬年。光合作用在單位葉的內在效率要高得多，約5％。如果這可以在整個火星上實現，改造時間會變成幾百年。而合成生物學能夠將這個時間進一步縮短。

通常情況下，科學中的諸多決定因素可能不是技術本身，而是社會和倫理問題。例如，如果火星本身已有自己的生命體，我們該如何選擇？作為第一步，我們需要確定火星生命與地球生命之間的關係。這兩種生命可能是相同的生命形式，起源於同一個世界，並由隕石傳播到另一個世界。

如果火星生命與地球生命無關，並且明顯代表了另一種生命的起源，那麼情況就棘手了。那樣，改變火星的動機不是為地球生命創造一個新的棲息地，而是增強火星本土生命的豐富性和多樣性。我們現有的著陸器和探測器需要在太空中移除或消毒，為的是其攜帶的任何微生物都不會威脅到諸如行星野葛之類的本地生物。

或許，火星生命會對環境地球化的世界表示感激，因為它恢復了這個星球曾經擁有的一切。但是，這個過程會比地球化一個無生命的世界需要更長的時間，並且結果難以預測，因為本土微生物產生氧氣可能比地球移植生物更慢，或者根本不會產生氧氣。

無論火星是否能成為地球生命的前哨或是一個行星大小的荒野避難所，改變它，讓其擁有一個豐富多樣的生物圈，將是人類最偉大的創造性成就之一。

克里斯托弗·麥克，NASA 艾姆斯研究中心科學家。麥克探索了南極洲的覆冰湖泊、西伯利亞和加拿大北極的永凍土，以及阿塔卡馬沙漠、納米布沙漠和撒哈拉沙漠，並在這些極端環境中研究生命。他與其他人共同主持了2005 年對土星衛星泰坦的探測、2008 年的火星「鳳凰」號登陸車任務以及2012 年的火星科學實驗室任務。

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