人類已經登陸月球，而且還想登陸火星。然而，火星比月球遙遠得實在太多，前往火星的載人之旅可謂困難重重?？茖W家說，送人上火星至少還要等20年甚至50年。不過，太空專家和火星迷已經迫不及待了，他們要在地球上模擬“登陸火星”。

在太陽系的其他行星中，火星不僅擁有支持生命存在的最大潛力，而且現(xiàn)在也可能有生命存在。盡管今天的火星寒冷、干燥、貧瘠，但35億年前的火星上很可能存在大量的液態(tài)水，因此也很可能是一顆生命之星。事實上，不管是過去還是現(xiàn)在，火星都跟地球有不少相似之處。例如，火星也曾水量充沛，大氣濃密；和地球一樣，火星也有傾斜的自轉軸，四季分明，極地有冰帽。2008年，探測器在火星上發(fā)現(xiàn)了水（但只是冰或水蒸氣）存在的證據(jù)。2009年1月底，探測器又在火星大氣中發(fā)現(xiàn)了甲烷存在的證據(jù)。這些都是十分驚人的發(fā)現(xiàn)，因為水是生命存在的必要條件，而甲烷是構筑生命的最主要成分之一，而且不僅地質活動能產生甲烷，生命活動也能產生甲烷。

為了探測火星，人類多年來一直都在成功地向火星發(fā)射探測器。就是現(xiàn)在，美國的兩部火星車——“機遇號”和“勇氣號”也還在火星表面巡游，并不時地向地球發(fā)回探測圖像，盡管它倆在5年時間里才在火星表面行進了20千米多一點，平均時速僅0.00016千米?？墒牵侥壳盀橹?，人類所有的火星之旅都是有去無回的，科學家似乎并不急于載人登陸火星。這是為什么？最主要的障礙是發(fā)射重量——完成一次載人火星往返之旅所需的火箭動力之強和體積之大，是目前的技術所無法滿足的。

鑒于此，有人提出了一個思路：既然火星大氣幾乎全部由二氧化碳組成，而二氧化碳和氫反應能生成甲烷（甲烷也是一種燃料），那么就無需把回程的燃料帶到火星上去，只需帶去6噸氫及一個小型化工廠就能生產出回程所需的96噸燃料；為進一步減輕重量，還可以事先將回程飛船先發(fā)射到火星上去，兩年之后（火星之旅的最佳發(fā)射時機每26個月出現(xiàn)一次）再用第二艘飛船將宇航員送上火星。宇航員最終乘第一艘飛船返回地球。

按照這個思路，還可以考慮將火星表面居住艙單獨發(fā)射至火星，成為一個永久性的火星基地，然后宇航員對火星實施“地球化”改造——運用當?shù)氐暮蛶サ牟牧?，在火星上直接生產氧和水蒸氣，將火星大氣改造得能支持復雜生命的存在，再通過種植植物形成良性的大氣循環(huán)，讓火星變回到自己35億年前的模樣。

從理論上講，上述極富科幻色彩的構想并非行不通。但是，火星上真的能生產燃料嗎？宇航員最終能成功返回地球嗎？迄今無人敢保證。載人火星之旅充滿太多的未知數(shù)，就連目前航天技術最先進的美國宇航局也只能說，載人登陸火星最快還要等20年，甚至等50年也說不定。不過，這并沒有影響人類的“火星夢”，為了最終實現(xiàn)人類登陸火星，太空探測專家和火星迷們已經在做準備了。

沙漠中的模擬火星基地

2009年1月底，國外媒體披露，火星探測志愿者們目前正在位于美國猶他州沙漠中的火星沙漠研究站上進行模擬“登陸火星”實驗。

火星沙漠研究站簡稱MDRS，實際上就是由美國一個私人太空探索機構——“火星學會”資助的4個模擬火星居住艙之一，目前尚未完全建成。第一個模擬火星居住艙已于2000年建成，它就是位于加拿大德文島的火星極地研究站。MDRS計劃的目標包括：研發(fā)基于火星環(huán)境條件限制的“實地策略”，其實也就是怎樣穿著笨重的火星宇航服開展工作；測試居住艙及艙內工具的性能；分析火星宇航員的挑選標準。盡管美國猶他州的沙漠比火星表面暖和得多，但卻是地球上和火星地貌最接近的地方。

參加MDRS試驗的志愿者們冬季每兩星期輪崗一次，夏季不開展工作，這是因為沙漠的夏季實在太炎熱，不適宜進行模擬試驗。志愿者們都是免費參加這項工作的，他們的收獲是彌足珍貴的經驗。這些志愿者大多都是20來歲的年輕人，其中包括宇航員、物理學家、生物學家、地質學家、工程師以及間或到來的記者。

MDRS主要包括三座建筑：居住艙、綠艙和天文臺。其中，居住艙是一個分上下兩層的圓筒，底部直徑10米左右，第一層有兩個氣閘室、兩間浴室、一個盛放宇航服的房間和一個實驗工作區(qū)域，第二層有6間狹小的起居室及一個公共廚房。綠艙是一個直徑和高度都為5米的圓筒狀溫室，其中一半?yún)^(qū)域是存儲區(qū)，同時栽培用于實驗的植物，另一半用于安裝洗滌水循環(huán)利用系統(tǒng)。天文臺中有一部28厘米遙控射電望遠鏡，業(yè)余天文愛好者和專業(yè)的天文學家都可以通過互聯(lián)網與之接駁。此外，MDRS還有一臺發(fā)電機、一個化糞池和一部全方位射電望遠鏡。

志愿者在MDRS的主要任務之一是穿著笨重、悶熱的宇航服工作，行動之不便不難想象。但這種“笨重”是不可避免的，因為火星大氣中的氧含量幾乎只有地球上的兩百分之一，宇航員在火星上不借助呼吸器根本無法存活。此外，火星表面的平均溫度是零下53攝氏度，氣壓僅為地球表面的百分之一，如果宇航員不穿宇航服出艙，足以凍壞任何裸露的皮肉，宇航員的肺部也會因氣壓過低而爆炸，其他內臟器官也是一樣。

當然，MDRS遠遠不可能完全模擬火星表面的狀況。盡管如此，火星學會和MDRS志愿者還是堅信自己的工作是有益的，事實上也的確如此。

“與世隔絕”的火星登陸模擬實驗

2009年2月26日，歐洲空間局宣布，由1名法國人、1名德國人和4名俄羅斯人組成的一個“火星機組”將進行一項為期105天、具有特別意義的隔離實驗，以測試人類是否能勝任有朝一日將進行的火星往返之旅。

這項載人火星登陸模擬實驗是由歐洲空間局和俄羅斯生物醫(yī)學問題研究所聯(lián)合實施的。從2009年3月31日起，這個“火星機組”將被隔離在莫斯科的一個特別設施內，這個設施是根據(jù)火星之旅的特殊條件設計的。待這一模擬實驗完成后，接踵而至的將是一項長達520天的實驗，這跟一趟實際的火星往返之旅所需的時間一樣長。

隨著各自圍繞太陽的公轉，火星與地球之間的距離在550萬千米至超過4000萬千米之間不斷變化。運用現(xiàn)有的火箭技術往返火星一趟至少需要18個月的時間，如此漫長的太空之旅無疑會對火星機組人員的身心健康構成巨大挑戰(zhàn)，宇航員能否勝任如此挑戰(zhàn)正是太空探測專家目前最關注的問題之一。

研究人員將對6名“火星機組”成員的壓力水平、脾性、激素調節(jié)、免疫能力和睡眠質量等進行監(jiān)測，同時還會了解食品補充劑是否能維持宇航員的健康。

總之，這6人將經歷火星登陸模擬任務的四個主要環(huán)節(jié)：前往火星、環(huán)繞火星飛行、登陸火星和返回地球。而在整個實驗中，“機組”成員除了相互之間的直接聯(lián)絡外，只能通過無線電同模擬的“地面控制中心”和“親友”進行語音聯(lián)絡。聯(lián)絡過程中會有20分鐘的遲延，因為行星際旅行過程中必定會出現(xiàn)這樣的遲延。此外，“機組”成員在實驗過程中的食物將跟國際空間站上的宇航員的食物一模一樣。

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火星沒死

今天的火星表面是一個寒冷、孤寂的沙漠世界，看起來根本不存在任何類型的生命。確實，火星已經干燥、冷寂了幾十億年——它的大氣是如此稀薄，太陽的紫外輻射長驅直入并灼燒地面，導致它表面的液態(tài)水蒸發(fā)殆盡。

雖然如今的火星看起來是這般蒼涼寂靜，但天文學家在2009年1月下旬公布，他們已經首次找到火星大氣中存在甲烷的確鑿證據(jù)，這就表明火星仍然活著——要么是在生物意義上，要么是在地質意義上！科學家解釋說，甲烷在火星大氣中很快就會被以各種方式毀損掉，但他們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)火星北半球的大氣中存在大量甲烷，這就意味著一定有某種持續(xù)的過程在釋放這種氣體。

甲烷是由4個氫原子和1個碳原子組成的化合物，也是地球上自然產生的一種主要氣體。天體生物學家之所以會對其他星球上的甲烷很感興趣，是因為地球上的大部分甲烷來源于生物消化養(yǎng)分的過程。當然，并非只有生命過程才會產生甲烷，純粹的地質過程，例如鐵的氧化也照樣能釋放甲烷。迄今為止，科學家尚不清楚是生命過程還是地質過程在火星上釋放了甲烷，但無論是哪個過程都足以證明火星仍然具有活力，這一點十分重要。

假如是火星微生物制造了甲烷，那么這些微生物一定生活在火星表面下很深的地方，因為那里有可能因足夠溫暖而存在液態(tài)水，而液態(tài)水、能量和碳的供應是所有已知生命形式都必備的材料。在地球上，科學家在南非威特沃特斯蘭德盆地的地面下2～3千米處發(fā)現(xiàn)了微生物，地下礦物的天然放射性將水分子分解成分子氫和分子氧，微生物利用氫作為能源繁衍生存?？茖W家推測，在火星表面的永凍層下面，類似的微生物可能也已存在了幾十億年，因為那里也可能有液態(tài)水、放射過程產生的能量以及由二氧化碳提供的碳。

在地球上，用氫和二氧化碳制造甲烷的微生物是最早期的生命形式之一。假如火星上曾經有過或至今仍然存在生命的話，其新陳代謝也可能跟火星大氣中的二氧化碳有關，也就是說，火星生命也會用二氧化碳來制造甲烷。這些甲烷累積在地下，在溫暖季節(jié)通過地洞或地縫釋放進入火星大氣。

當然，火星甲烷也完全有可能是在火星現(xiàn)在或過去的地質過程中產生的。在地球上，在氧化鐵（即鐵銹）轉化成蛇紋石的過程中就會產生甲烷。在火星上，釋放甲烷的過程可能用到水、二氧化碳和火星內部的熱量（盡管火星的內核被認為早已冷卻）。另一種可能產生火星甲烷的地質過程是火星上的火山活動。盡管還沒有證據(jù)顯示火星表面如今存在活火山，但是火星古代火山爆發(fā)所產生的甲烷有可能被鎖閉在冰中，并有可能在現(xiàn)代釋放出來。

從2003年開始，科學家運用搭載在太空紅外望遠鏡上的光譜儀連續(xù)仔細探測火星，最終確認了火星甲烷的存在，它們呈“羽狀云”形式，在一朵“云”中甚至包括多達1.9萬噸甲烷?；鹦羌淄橹饕诖合膬杉踞尫?，很可能是因為蓋住地洞或地縫的永凍層在這兩個溫暖季節(jié)融化了，地下甲烷得以滲入火星大氣。令人難解的是，一些“羽狀云”中有水蒸氣，另一些則沒有?？茖W家還發(fā)現(xiàn)，“羽狀云”下面的地面都是古老的冰堆積地或流水溝。

要想進一步查明火星甲烷的來源，還是得依賴未來的太空探測行動，例如美國宇航局的“火星科學實驗室”。要想弄清火星甲烷究竟是不是由生命過程產生的，一種方法是測量氣體中的同位素比例。同位素是元素的一種較重的形式，例如氘（重氫）就是一種較重的氫。在包含氫的分子例如水分子和甲烷分子中，氘有時候會替代氫。由于生命更青睞較輕的氫同位素，所以一旦發(fā)現(xiàn)火星水分子或火星甲烷分子中包含的氘更少，就說明火星甲烷或火星水蒸氣有可能是由生命產生的。當然，無論未來的探測結果怎樣，至少有一點是肯定的：火星其實不像如今看上去那么死寂。

專家詳解載人火星登陸模擬實驗

為什么要進行載人火星登陸模擬實驗？宇航員在“與世隔絕”的狀態(tài)下會發(fā)生什么變化？未來的載人火星之旅將面臨哪些挑戰(zhàn)……專家就有關問題給出詳解。

1.為什么要進行載人火星登陸模擬實驗？

對于任何事情，成敗的關鍵在于準備階段?；鹦侵贸晒Φ那疤峋褪且M行各種探險和模擬實驗。由于登陸火星有著太多的未知數(shù)和不可控因素，因此必須事先制定好詳細的計劃。科學家認為火星上可能存在生命和液態(tài)水，因此尋找火星生命和火星水成為科學家的偉大夢想。如果火星上有生命和水，它就有可能是適合人類居住的另一顆行星，人類也就有可能移民火星，開辟新的生存空間。從上世紀60年代開始，美國、前蘇聯(lián)、歐洲及日本都競相開始火星探測任務。自1964年11月以來，人類總共向火星發(fā)射了30多次宇宙飛船和探測器等，其中多數(shù)以失敗告終，但科學家一直沒有排除火星上存在生命的可能性。

2.為什么如此早就開始進行載人火星登陸模擬訓練？

雖然真正的火星探險任務還很遙遠，但我們現(xiàn)在所做的工作同樣很重要。載人火星之旅將成為人類駛向太空的敲門磚，必須非常仔細地做出計劃。由于存在太多的不可預知因素，稍有差池就會全盤皆輸。而我們今天在實驗階段所犯的錯誤，在未來的實際任務中就不會再犯。載人火星探險是21世紀最重要的太空探測任務，我們一定要在有絕對把握后才把人類送上火星，絕對不能匆忙實施。

3. 模擬訓練對于登陸火星有何意義？

科學家將在地球上選擇類似火星環(huán)境的地方建立訓練基地，以對未來的載人火星任務進行模擬實驗。加拿大德文島上的霍頓隕坑可謂是火星的“翻版”，那里幾乎寸草不生，氣候極端寒冷干燥，地表為巖石和隕石坑所覆蓋，與滿目瘡痍的火星表面十分相似，因此被稱為“地球上的火星”。專家之所以選定霍頓隕坑為執(zhí)行火星探險任務的一個訓練場所，還因為它很可能形成于2300萬年前的一次天外來物撞擊，通過研究它有可能找到研究火星上類似隕坑的方法，從而為揭開火星的“身世”提供依據(jù)。當然，相對于火星，德文島可謂“天堂”，因此專家們在進行訓練時會盡可能地放大困難。

研究人員將在德文島上進行各種訓練，包括熟悉未來登陸火星表面后的各種操作流程，學習使用探測器，了解探測器在各種情況下的工作性能，以及需要進行什么樣的改進才能更適應火星環(huán)境，等等。

4.為什么說對宇航員進行模擬登陸訓練非常重要？

模擬訓練可以幫助我們獲得多種新的數(shù)據(jù)和經驗。無論做什么事情，計劃和現(xiàn)實總是有差距的。以登山為例，我們覺得計劃已經非常完美，但在攀登的過程中卻發(fā)現(xiàn)采集巖石標本比預想的困難，或者不知道該如何處理采集到的標本?？傊?，會有許多意想不到的事情需要進行現(xiàn)場處理。因此，我們有必要在模擬火星表面建造一些假山，這樣就可以把采集到的標本臨時存放在那里，然后繼續(xù)探險。我們可能還會遇到需要離開探測車的情形，那時就會發(fā)現(xiàn)身穿厚厚的宇航服辦事的效率很差。

就目前的技術水平來看，我們從地球飛往火星至少需要500多天，相當于要將宇航員們禁閉在一個小小的金屬罐子里長達一年半，這將對宇航員的身體和心理形成未知而又風險巨大的考驗。雖然我們已經在其他環(huán)境如監(jiān)獄、潛艇、孤島等開展了禁閉實驗，但所有這些都無法與火星之旅相比。因此，為了讓宇航員感覺更舒服，我們必須考慮到方方面面。

5.宇航員在“與世隔絕”狀態(tài)下可能發(fā)生哪些變化？

曾經作為一名地球物理學家在法國迪爾維爾南極考察站呆了402天的美國著名行星科學家帕斯卡·李回憶說，當時參與研究的一共有31人，在那樣一個與世隔絕的特定環(huán)境下，人的壓力很大，而且資源匱乏，人的求生本能也變得十分敏感，任何一個細節(jié)，比如誰拿走了誰的鉛筆，都有可能掀起軒然大波。

在模擬實驗中，宇航員入住的密封艙里連一扇舷窗都沒有，從天花板、墻壁到地面都釘上了木板。一旦艙門關閉，除非遇到無法解決的諸如醫(yī)療急救問題等十萬火急的情況，宇航員們將和外界斷絕幾乎所有聯(lián)系。在這一過程中，宇航員只能通過無線電和外界保持聯(lián)系。考慮到無線電波穿越太空所造成的“延時”現(xiàn)象，為了保證模擬的真實性，在通話時會出現(xiàn)延時。也就是說，當宇航員“接近火星“時，他們發(fā)送的每一句話將在20分鐘后才被“地球”接收到，而指揮中心回復的指示也要20分鐘才能反饋給他們，通訊總計將延時40分鐘。當然，在漫長的“火星之旅”中，宇航員們有充足的太空食品，密封艙里還有一個微型人造溫室，供他們自己種點蔬菜調劑生活和換換口味。

6.哪些人能成為理想的火星宇航員？

首先，候選人的身體素質和心理素質必須符合條件。其次，候選人的適應能力必須很強，因為在前往北極或太空的探險途中，會有很多意外情況發(fā)生，宇航員必須能夠冷靜靈活地解決遇到的任何突發(fā)難題。第三，候選人必須要有良好的團隊協(xié)作精神，關鍵時刻能夠舍己為人。

7.專家對參加模擬訓練的宇航員志愿者有哪些建議？

專家認為，宇航員志愿者需要注意一些細節(jié)問題：必須學會包容，比如能夠忍受總是講同一個笑話的同伴；不能斤斤計較，多做雜務，比如幫忙搬更大的石塊；關心他人，讓別人感覺溫暖。只有這樣，大家才能克服苦難以及寂寞。在為期105天的初步試驗中，參與實驗的艙室有4個，而在接下來的為期520天的實驗中，還將增加一個模擬火星表面環(huán)境的獨立艙室。實驗者將完成一系列研究任務，包括健康監(jiān)控、系統(tǒng)控制與維護、操作登陸艙等。

事實上，載人登陸火星的巨額經費才是專家們最感頭疼的問題。有關人士稱，除了政府投資外，載人登陸火星的經費還可以通過發(fā)售“火星債券”來募集，比如向公眾出售200億美元甚至更多的“火星債券”，每份“火星債券”價值2萬美元，在100年內不會有任何收益，但持有者有權獲得40平方英里(約合100平方千米)的火星土地所有權。但也有人稱，發(fā)行“火星債券”募錢的方法太慢了，最好是發(fā)售“火星彩票”，中大獎者將在人類第一次前往火星的旅途中得到一個免費座位。

（本文圖片由美國宇航局、歐洲空間局和美國“火星學會”提供）

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地球上的“火星地貌”

除了美國猶他州和加拿大德文島，人們還在地球上找到其他一些酷似火星的地方，了解它們或許對未來完成載人火星任務有所幫助。

1.西班牙力拓河

含鐵量高是火星的主要地質特點之一，要探求有機體是否可在酸性較強、含鐵量高這樣一種極端環(huán)境中生存，位于西班牙的力拓河不失為一個理想的研究場所。在這里進行的多種實驗都給科學家提供了寶貴的信息。

2.南極洲麥克馬多干河谷

位于南極洲的麥克馬多干河谷的生存條件極其嚴酷，這里有超強的太陽輻射，氣溫也可以直接降到冰點，此外疾風肆虐，雨雪降臨后經歷反復結冰、融化，空氣干燥，還有多個超咸水湖和寒水湖，與火星環(huán)境非常類似，這一切都有助于科學家了解火星上的天氣狀況。

3.智利阿塔卡馬沙漠

智利的阿塔卡馬沙漠比美國死亡谷國家公園還要干旱50倍，其干旱程度在地球上位居第二，排名首位的是另一處與火星類似的地方——南極洲的麥克馬多干峽谷。阿塔卡馬沙漠與火星非常相像，這里常年遭受強烈的太陽輻射，幾乎沒有生命。

4.雷勘克博火山

雷勘克博火山位于智利與玻利維亞的邊境交界處，與阿塔卡馬沙漠相毗鄰。雷勘克博火山是地球上海拔最高的湖的所在地。該湖低氧、低壓，并遭受強烈的紫外線照射，這些因素綜合在一起，使它和遠古時代的火星湖非常接近。因此，研究雷勘克博火山有助于科學家了解遠古火星上是否適合居住，并預測生命在未來是否能遷居這顆行星。

5.澳大利亞阿卡羅拉地區(qū)

澳大利亞南部的阿卡羅拉地區(qū)有著多巖石的山脈、壯觀的峽谷，以及一些神秘的孔洞，科學家一直在這里進行科學探索活動，并計劃在這里建立一座火星模擬研究站，以開發(fā)可用于未來執(zhí)行探測火星任務的方法和技術。

6.挪威斯瓦爾巴特群島

斯瓦爾巴特群島位于挪威本土與北極極點之間，這里有峽灣、冰川、溫泉、火山，四季都不枯竭的河流，以及數(shù)不清的高山植物，冬季氣溫保持在零下20攝氏度至零下30攝氏度之間，夏季時常出現(xiàn)大霧天氣，氣候變化很快?？茖W家認為這里的環(huán)境與遠古火星上的環(huán)境類似，通過對它進行探索，可以提供非常有用的研究信息，包括地質概況、地球物理學特征、生物標記和生活在這里的一切生命類型。