美国改造火星计划“埃柯波伊西斯”工程

伤我心太深

“埃柯波伊西斯”工程是改造火星环境的第一个工程。它是由希腊文的“房子”和“生产”两个词演变而来的，其定义为：“在一个不毛之地的行星上，建造一个无所不包的厌氧微生物生物圈。”微生物是一种原始的生命形式，它们处在生命的初级阶段，而厌氧微生物则是一种能在沸水里、照不到阳光的深海底或在没有氧气的严酷环境下生存的微生物。

“埃柯波伊西斯”工程

在“埃柯波伊西斯”工程初期，基本任务是对火星环境进行四个方面的调控：增加火星的大气量；使火星全球平均温度升高60℃；提供可用的液态水；大量减少火星表面的紫外线和宇宙线的流量。完成这些调控后。厌氧微生物的生命和谐共存生态系统就有了。但是，对植物(届时可把地球植物种子带到火星上播种)而言，还需给出一个附加条件：为了维持植物根部的呼吸，大气中还要有充足的氧气。虽然植物呼吸所需的氧气比动物少得多，但在“埃柯波伊西斯”工程初期，就连这点氧气也是释放不出来的。因此，为了进一步“地球化”，还需要对火星原始环境进行第五个方面的调控：在大气成分中增加氧气和氮气的比例。

此外，在建成完善的居住条件之前，还需要设法增加一些有益的自然条件，例如设法让火星大气层的厚度自然增长，以便对宇宙线进行有效阻挡；用空气制动推进器和飞行器调节地球移民居住区周围的压力，使之适应人的呼吸节律；用外层大气、水文和生物地球化学的周期来开发能源和食物等。

当然，“火星地球化”将是一个漫长而复杂的过程．仅增加火星大气压力和表面温度可能就需要几十年，在这当中每前进一步都需要做艰苦的工作，比如，要用全氟碳给火星大气加热，需要建设许多工厂，以从火星大气和土壤里提取制造全氟碳所需要的原料，这些工厂所使用的能量要靠核电厂发电。因此，需要先在火星上建设提取原料的工厂、提供能源的核电厂、生产全氟碳的工厂，然后才能进行全氟碳生产。计算数据表明，即使一切工作都已做好，也只能使火星表面温度升高4℃。幸好，加热过程是个连锁过程，温度提高了，火星极冠里的二氧化碳就会溶化，溶化的二氧化碳引进大气层后使温度进一步升高；气温升高又促使极冠里的更多的二氧化碳溶化，直到二氧化碳停止蒸发为止。科学家预测，这一连锁过程可使火星表面温度平均升高70℃。

一旦登陆火星表面，字航员将会把登陆舱连接在一起，随后开始一系列的火星表面探索活动和在火星环境下生存的适应性活动。通过运用火星当地资源来生产飞船回程时所需的推进剂等物料，同时完善一整套保障字航员在火星表面安全生存的支持系统，火星与地球之间的载人、载物往返飞行就能变得经济、安全、可行，从而为以后循序渐进地建设火星轨道移民区和接下来开展“火星地球化”工作打好基础。

改造火星计划

今天，人类已经亲手触摸过月球，人类发射的探测器也已经考察过许多行星。在不久的将来，人类还会把宇航员送上火星，进而高举“移民火炬”，把火星环境改造成适合人类居住的地球式天堂。的确。天体生物学家和物理学家是一些“野心家”，他们下定决心要“改天换地”，不仅要改造火星，还要改造金星，改造土卫六，改造木卫二，改造月球。总之。所有经过改造人类就可以居住的星球都在他们的改造计划之列。

“改造行星”的另一种叫法是“行星地球化”。这个美好的名字是科幻作家天马行空想象出来的。最早出现在上世纪40年代，由威廉森创作的一组短故事中。20世纪60年代著名行星物理学家卡尔·萨根把它用于科学著作。所谓“行星地球化”，是指把恶劣的行星环境改造成适合人类生存的环境。行星环境改造的过程就是“行星地球化”的过程。

目前，科学家的改造目标是火星。为什么要选择火星呢?

这是因为火星是地球的“孪生兄弟”，两者之间有许多相似之处。例如，地球上的一天是23小时56分，火星是24小时37分，两者有几乎相同的昼夜；地球的轨道面与赤道面的夹角是23度27分，火星是25度11分，它们有几乎相同的季节变化；地球的两极地区终年覆盖着皑皑白雪，火星的两极地区存在着洁白的极冠，极冠中有冻结的二氧化碳(又叫干冰)。这些相似性都表明火星与地球最相像，是“改造行星”的最好候选样品，因此科学家做出决定：“改造行星”从火星入手。

2004年3月28日，美国宇航局召开了一次国际研讨会，会上提出了“火星地球化”的宏伟目标：“探测器在火星上寻找生命时检验了科学家几十年来难以捕捉的梦。科学家相信，他们有能力实现这个梦——把红色火星变成有潺潺流水、绿色田野、凉爽微风、到处行走着生物的世界。”简而言之，通过“火星地球化”，把火星基本上变成第二个地球。这是一个恢弘的计划，一项浩大的工程。

怎样才能完成“火星地球化”这一恢弘计划呢？科学家考虑司以分两步走。第一步，恢复火星厚厚的二氧化碳大气，恢复它的“可居住”(实际上是可供生物利用)状态，让陨击坑成为湖泊，让火星表面流水潺潺；第二步，在第一步的基础上进行“地球化”，种植花草树木，让荒芜、干燥的火星原野和山坡上鲜花遍地、绿树成荫，绿色植物制造出氧气。让地球移民在飘浮着白云的蔚蓝色火星天空下生活，有水喝，有能量使用，有适宜的生活环境。

为什么要分两步走呢？

科学家认为，火星与地球犹如“一母所生”，同宗同源，诞生的时间也相同，地球的历史在某种程度上应当可以反映火星的历史。在地球历史上，存在过两种明显不同的可居住条件：前寒武纪的居住条件和今天的居住条件。在大部分前寒武纪时期，地球大气的主要成分是二氧化碳，氮的含量很少，可供呼吸的氧的含量更少，那是地球的原始大气，人类不能呼吸，但能满足植物和微生物的需要，所以当日寸的地球上有大量的植物和微生物。在今天，地球大气中有77％的氮、21％的氧，而包括二氧化碳在内的其他成分只占2％。地球大气中的氨提供了充足的缓冲气体，氧满足了人类的呼吸需求。

如果向火星大气注入二氧化碳等温室气体，使火星加热，可以想象火星大气此后至少对植物和微生物来说是好的，犹如几十亿年前的地球大气那样。但是这种大气对人不好。因为人体内有气泡，要除掉人体内的气泡，使之适应火星的二氧化碳大气，这就太难了。人类生命耐受二氧化碳的能力一般较低，如果人暴露在二氧化碳中，在很短时间内就会因吸入高剂量的二氧化碳而导致头晕、不省人事甚至死亡！“火星地球化”的终极目标是实现向火星移民，因此在火星大气中不能有大量二氧化碳。

借鉴地球大气演化历史，科学家提出了“火星地球化”分两步走的计划：第一步是建设像地球寒武纪时期的大气世界，即二氧化碳世界，第二步是建设现代地球的大气世界，即氧世界。

显而易见，“火星地球化”可不是一下子就能完工的浩大工程。首先，一个“地球化”的火星一定要具有维持生命的一些主要因素一一水、氮、氧、二氧化碳和合适的温度。大多数生命的生化过程都是在水里发生的，因此液态水是最重要的物质；几乎所有的生物分子都少不了氮和二氧化碳，同时它们也是维持植物生命所必须的，因此这两种物质也不能缺少；氧气则是生命呼吸所必需的。其次，由于火星的质量比地球小，大气容易逃逸，为了给生命呼吸提供充足的氧气，火星大气的浓度应当是地球的3倍。再次。改造火星大气必须注入温室气体，而由于种种原因，特别是运输方面的原因，温室气体不能由地球提供，必须在火星上就地取材，就地生产，并及时输进大气层，因此还需要能源。

如此看来，水、能源和环境是“火星地球化”必须解决的三大难题。

水是生命的关键因素，在地球上，有水的地方往往就有生命。火星探测器拍摄的大量照片告诉我们，火星表面有许多被黏性不高的流体侵蚀过的痕迹，据分析这些流体是流水。据此。科学家认为，几十亿年前火星表面曾经有巨大的洪水，大到淹没了火星北方平原，而且这些洪水是突然发生的。“火星全球勘测者”还在火星上拍摄到一个大约长2500米的峡谷，很像地球上著名的美国亚利桑那大峡谷。在亚利桑那大峡谷的谷底有一条水沟，火星峡谷里也有。科学家认定，就像在亚利桑那大峡谷中所发生的情形一样，很久以前，在火星表面也有一条长期流动的大河，潺潺流水穿山凿石，直到在火星表面形成一个巨大的峡谷。

几十亿年前的火星上有大量水，说明古代火星与地球具有某种相似性。那么，现在的火星上有水吗？科学家一直致力于在火星上寻找水。寻找的方法基本上有两种：地面观测；发射探测器到火星附近甚至直接登陆火星表面进行测量。火星探测器分为两类，一类作轨道飞行，进行火星全球探测；一类登陆火星表面，在固定点上或者用“漫游者”旅行车(一种六轮车)在登陆点周围进行测量。经过大量探测，特别是“火星全球勘测者”登陆以来的众多探测，现在科学家不再怀疑火星上有水了，只不过由于火星表面气压太低，水变得像地球上的干冰，所以我们在火星上看不到液态水，只能看到水蒸气和水冰。

水找到了，“火星地球化”的第一个问题就可以解决了。第二个问题也好解决，像太阳系里其他天体一样，能量可以从太阳光里来。现在有个大胆的想法，制造一面直径几百千米的巨大反射镜，在火星上空的轨道上运行，将太阳光反射到火星表面，对火星自动加温。类似的试验俄罗斯科学家已在地球上空做过。他们制作了一面直径20米的反射镜，放在地球上空的轨道上对地球加温。他们用这种方法改善了俄罗斯北方地区的气候。

“火星地球化”工程要解决的第三个问题是：火星环境改造。为了解决这个问题，科学家设计了很多工程。其中一个是“埃柯波伊西斯”工程。

“火星地球化”是一项复杂的工程，解决了水、能源和环境问题还没有大功告成，更不能鸣金收兵，我们的最终目标是：把地球人移民到距离地球7800万千米的火星上，并且在那里建设新的文明世界。要达到这个目标，除了有水、能源和合适的环境外，人类如何前往火星，到了火星上又如何生活，等等，这些问题都必须及时解决。这在航天科学上叫做“生命保障问题”。为了解决这个问题，就必须提供“生命保障系统”(也叫“生命支撑系统”)——为生物新陈代谢提供必需品的系统。

生命保障系统分为三种：移民到火星表面途中的生命保障系统，移民到火星附近轨道上的巨型人造居民区(内部包括人工建造的草地、树木等自然景观，人住在那里以便改造火星环境)之后的生命保障系统，以及移民到火星表面之后的生命保障系统。这三种系统截然不同；在飞船上，内外环境是相互隔绝的，而在火星上，地面与空间是融为一体的。前一种生命保障系统可由地面提供，后两种系统则需要由生物自动再生生命支撑系统生产。目前的空间飞行器，不管是载人或不载人飞船，包括像“阿波罗”那样输运宇航员去别的星球的飞船，其生命支撑系统都是由地面提供的。而将来在火星上长期生活的人们是不能依靠地面提供生命支撑的，他们必须利用生物自动再生生命，就地提取原料，就地生产、加工一切所需的生活用品。

目前，多数天文学家已经取得共识：实现“火星地球化”需要花很长时间和很多经费，整个过程宛如登山，奇峰绝壁最难攀，峰顶风光最秀美。人类一定有智慧和能力攀登到山顶，最终把火星改造成自己的另一个家园。我们期盼着这一天早日到来。