馬斯克的狂想：未來數以千計的人類星艦艦隊將從地球出發，前往火星，隨着成本下降，甚至普通人都有機會去火星工作，最終建設出一個百萬人口自給自足的火星城；而在科學家眼中，“與讓火星變得宜居相比，應對地球上的氣候變化才是輕而易舉的事。我們根本不應該把它（殖民火星）作為一個長期目標。”
撰文 | 都保傑
讓人類成為多行星物種，spacex未來20年要送100萬人和數百萬噸物資去火星，以建立一座火星城市，乃至未來對火星進行環境改造，使其變得宜居。這不是在寫科幻小說，而是埃隆·馬斯克再次對外宣揚要做的事。
從2007年馬斯克公開提出想要帶領人類殖民火星開始，這個“狂想”就不缺爭議和話題性。一邊是全球航天科技迷的狂熱追捧，欽佩於其創辦的太空探索技術公司space x在商業航天領域所取得的一系列成就，包括火箭回收、獵鷹重型、starlink、龍飛船以及目前在測試的世界上最大的火箭starship，每一項都足夠振奮人心，讓大眾對其火星計劃也變得愈發相信。
另一邊卻是來自天文學家的質疑和警告，雖然space x擁有值得被肯定的火箭技術，但殖民火星這種“狂想”根本就是一種“危險的幻覺”，從科學角度來看並不現實，“這是一個愚蠢而荒謬的想法”。
——從科學角度看，相對於火箭技術，火星殖民計劃面臨的問題要複雜得多。
從星艦到火星計劃
4月7日，馬斯克在星艦基地（starbase）發表的最新演講中，再次分享了spacex火星殖民的路徑和計劃，全程時而煽情時而擺數據，展望人類開啟多行星文明紀元的未來宏圖——伴隨着台下陣陣歡呼和掌聲。
火星殖民計劃要靠spacex研發的最強火箭星艦（starship）來完成。星艦最初的設想可追溯到2005年，彼時，spacex剛剛成立不久，馬斯克就雄心勃勃地提出要建造一種超重型火箭，名為“bfr”。在之後的公司發展進程中，馬斯克一步步完成了對猛禽火箭發動機、獵鷹9號、獵鷹重型火箭以及載人龍飛船等設備的研發和投入使用，發動機越來越強，火箭越造越大，載人業務也越跑越順。
從2023年開始，星艦終於邁進整體綜合飛行測試階段。這個直徑9米，總體高度達121米的龐然大物，一級助推器安裝有33台猛禽發動機，能夠產生約7755噸的推力，二級星艦本身安裝有6台猛禽發動機，可完全重複使用的“星艦”近地軌道運載能力高達150噸，在不考慮回收的情況下，有效載荷高達250噸以上。
2023年4月20日、2023年11月18日、2024年3月14日，spacex全球直播了星艦的三次跨大氣層軌道飛行測試。前兩次均在升空飛行階段發生爆炸，要麼是多聯發動機出現故障失聯，要麼是火箭熱分離後發生爆炸。第三次飛行測試中星艦終於成功進入預定軌道高度，後在返回地球階段墜毀。但在馬斯克看來，這些爆炸對於spacex來說並不完全是挫敗，而是讓他們更接近了成功的邊緣，星艦的飛行測試表現一次比一次好，距離實際投入使用似乎並不遙遠了。
看起來，spacex積累的實戰經驗讓馬斯克堅定了殖民火星的信心。截至2024年4月，space x的成績放眼全球商業航天是獨一份：327次獵鷹火箭發射，291次成功回收着陸，261次的重複發射利用；載人龍飛船執行了45 次發射任務，成功將50名航天員送入地球軌道，把46人送進國際空間站；星鏈計劃（starlink）發射了超6000顆衛星在軌運行，為270萬用戶提供天基網絡服務。
馬斯克在最新的演講中透露，2024年spacex預計將承擔起全球大約90%的地球至軌道質量發射任務，中國將承擔約6%的發射任務，而世界其他“部門”的總和僅佔4%。
星艦在測試成功後會繼續改進，預計到第3代，火箭的總推力將達到10000噸，地球軌道運載能力將超過200噸且能完全重複使用。
在此基礎上，馬斯克開始暢想他的火星計劃。
火星任務每26個月有一次發射窗口期（地球和火星較為接近，火箭燃料消耗最少）。馬斯克粗算了一下，如果星艦每天發射10次、每次運載200噸，每兩次火星發射窗口期之間能向近地軌道運送百萬噸級的物資，向火星輸送25萬噸物資，這些物資將確保第一批人類能夠在火星上進行開採、建設和種植，最終實現自給自足。此外，還有專門在軌運行的“加油版”星艦以及在火星本地製備推進劑的設施，保障火星之旅往返燃料補給。
馬斯克展望未來20年，描述其“千艦齊發”的壯觀場景，稱星艦就是實現人類多行星生存和保存人類意識之光的關鍵，數以千計的人類星艦艦隊將從地球出發，前往火星，隨着成本下降，甚至普通人都有機會去火星工作，諸如大規模發電、礦物開採、水冰開採、推進劑製造、長期生命支持等大量建設工作，會開啟人類火星創業之旅，最終建設出一個百萬人口自給自足的火星城。
這個計劃聽起來無疑極為瘋狂，也還停留在ppt里，但對於如今的馬斯克和space x而言，外界嘲笑聲在減少，相信他是鐵了心真要這麼做的聲音在增加。
如果有一天真的把這些科幻變成現實，“馬斯克艦長”將成為推動人類成為多行星物種的先驅。不少網友表示，相比8年前還是ppt的星艦，這事兒似乎已經更靠譜了。
來自天體物理學家的冷水
人類大規模殖民去火星現實嗎？放眼全球，載人火星任務其實是很多國家航天機構計劃中的事，並不稀奇；稀奇的是要送百萬人口上火星生活，目前僅停留在科幻層面。
馬斯克關於火星殖民計劃的演講，更多聚焦於spacex的未來火箭技術和產能，但對於這麼多人類怎麼在火星上長期生存並沒有太多細節，有的只是大面上的說法，比如火星極地冰蓋下存在液態水，可以讓火星變暖，增加大氣密度，讓大約40%的火星表面出現液態海洋，未來將它改造成類地行星等，這在正兒八經的天文學家看來有點扯。
近期，享有“皇家天文學家”崇高頭銜的英國天體物理學家馬丁·里斯（martin rees）就在採訪中稱馬斯克的火星計劃“不現實”。
馬丁·里斯是研究類星體的權威專家，曾獲得19所大學的榮譽博士頭銜，獲選多個科學學會的會士和學院院士，對宇宙微波背景輻射的起源作出了很多重要貢獻，著有500多篇科學論文。
圖：馬丁·里斯（martin rees）
在他看來，馬斯克是一個“非凡的人物”，有着“相當奇怪的個性”， 但他提到“與讓火星變得宜居相比，應對地球上的氣候變化才是輕而易舉的事。所以我認為我們根本不應該把它（殖民火星）作為一個長期目標。”
火星上可能會有一些人類探索者，就像科研人員生活在南極一樣，但馬斯克和其他一些太空愛好者所採用的大規模火星移民以逃避地球問題的想法，里斯認為這是“危險的幻想”。
一來，由於低重力和宇宙輻射等有害因素，我們人類的身體目前無法承受長期的太空旅行。發表在權威雜誌《細胞》上的一項新近研究就以冷酷、科學的細節列出了太空環境對身體造成危害的多種方式，包括dna突變、提升患癌風險以及損害免疫系統等。
而從地球抵達火星，以人類目前的宇宙航行速度最快也得200多天，且不論到火星之後登陸建設火星基地的時間。在相關醫療和衛生設備不充分的情況下，潛在風險可想而知，且這趟星際旅途如果不能大幅縮短，光是太空人長期生活在昏暗封閉空間中的壓抑感和遠離地球的心理恐懼感就足以令人抓狂。
里斯提議，相對於私營航天企業，政府必須“非常有安全意識”，他更多建議遙控機器人承擔大部分火星探索任務，並在太空中吊裝重型建築結構，建設用於長期研究火星的空間站才是正途。
二來，我們應該先集中資源和精力解決自己在地球上造成的問題，然後再去擾亂另一個星球，畢竟，地球當下才是人類的生命搖籃。
日前，美國得克薩斯州國會女議員兼天體物理學專家希拉·傑克遜·李（sheila jackson lee）也公開反對馬斯克在火星上建立人類定居點的願景。她批評馬斯克浪費時間、資源和數十億美元來規劃火星殖民地，因人類無法真正在火星上長久生存，計劃一個永久的人類火星殖民地是荒謬的。希拉表示很樂意與馬斯克坐下來好好談談，向他傳授星際旅行的“精髓”。
圖：希拉·傑克遜·李（sheila jackson lee）
馬斯克曾多次提及火星“地球化”改造計劃，暢想通過提高火星大氣溫度使其變得更像地球，以便液態水能夠存在而不是凍結，並且溫暖環境更有利於生命存活，讓火星逐漸變綠。nasa的很多科學家都表示，這幾乎辦不到。
基於nasa多種航天器收集回來的數據研究，科學家們表示，利用“地球化”技術使火星適合人類居住遠遠超出人類當前所擁有的技術能力，這裡存在一個根本問題在於資源供應不足：火星上沒有足夠的二氧化碳來創造一種新型大氣層，以在靠近行星表面的地方捕獲熱量，儘管目前火星大氣中二氧化碳含量約佔到96％，但其大氣層厚度僅有地球的1%。且由於火星表面重力比地球小得多，其大氣層上界的氣體分子還在不斷逃逸。
領導nasa maven任務（火星大氣與揮發物演化任務）的科羅拉多大學博爾德分校地質學家bruce jakosky、北亞利桑那大學的天文與行星科學系教授christopher edwards合作的一項研究發現，即使可以釋放火星兩極冰蓋中儲存的二氧化碳，也不足以將火星大氣壓力提高1bar以上——這需要火星兩極加熱到溫度高於水的熔點作為先決條件。
而要釋放火星土壤中吸收的所有二氧化碳，則需要將整個星球加熱至地表以下100米，這將需要大約10000年時間才有成效。
科學家在火星上觀察到的大氣逸散跡象表明，二氧化碳很難在火星上積累到足以產生星球變暖效應的量。他們承認，馬斯克曾提議用核武器轟擊火星極地冰蓋以釋放二氧化碳的想法可能會短暫提高火星大氣壓力，足以在星球部分表面上覆蓋液態水，但他們推算液態水也會很快蒸發殆盡。
科學家推測火星的大氣層從幾十億年前就已經開始流失，從而導致這顆星球從一個濕潤、溫暖的環境變成了寒冷乾燥的不毛之地。導致這個變化發生的，可能是磁層巨變和太陽風影響，具體原因仍待考證。從經濟角度考慮，太空站是比較理想的太空殖民手段，而對火星進行地球化改造，難度遠不是製造星艦和發射火星探測器可以比擬的。
另外有人文學者表示，把百萬人口送到火星太荒謬了，除了科學問題，還要考慮地球人的道德問題——在生存資源稀缺的情況下，火星城還沒開始建設就可能要面臨互相殘殺。
人類的浪漫情懷：火星
不管馬斯克的火星殖民計劃是否會如願以償，回顧整個人類對於火星的所有嚮往和探索，都是值得被肯定的，這是人類科技文明不斷突破自身極限的見證。
載人火星任務不僅是科幻作品最常見的主題之一，也是20至21世紀人類太空科學及工程學的長期研究目標，人類使用空間探測器進行火星探測幾乎貫穿了整個航天史，從人類剛學會擺脫地球引力時就開始了，直至今日，火星是太陽系中人類探索最多的天體之一，也是派出漫遊車在外星漫遊的唯一一顆行星。
由於火星總面積約與地球陸地一樣大，太陽輻射只有地球的一半，且由於火星自身具備一些大氣層，擁有冰與液態水的存在，是太陽系中最近似地球的天體，一直被認為是地球化可行性較高的近地行星，讓人們充滿打造第二家園的期待。
從1960年代美蘇太空競賽開始，就有多個探測器飛往火星，雖然早期大多數都以失敗告終，但並沒有降低人類探索火星的熱情。1976年開始的nasa海盜號探測計劃，是迄今最為成功的火星探測計劃之一，之後nasa便一直引領着火星相關的科研探索。
2000年開始，火星探測漫遊者計劃開始大放異彩，人類得以實地考察這顆紅色星球，勇氣號和機遇號在2004年至2018年期間做了大量實地研究，後續交棒給好奇號和毅力號火星車，後兩者不斷返回大量寶貴數據。伴隨着人類航天技術的成熟，陸續有超過30枚探測器到達過火星並進行多方位探索，為人類登陸火星打下了堅實基礎。
nasa之外，2021年5月15日，在中國天問一號火星探測任務中，祝融號火星車成功登陸火星，中國成為第二個成功在火星上運行火星探測器的國家。
從各大航天機構公開的火星探測計劃來看，2030年或有望開啟載人火星任務的新篇章，不過這些國家隊的規劃聽上去都不及馬斯克描述的那樣誇張和激進，都是在穩紮穩打中循序推進。
百萬人口殖民火星的願景不知道會不會實現，但人類踏足火星，可以肯定是早晚的事。
參考文獻
[1]https://qz.com/1345912/nasa-says-nobody-not-even-elon-musk-can-terraform-mars
[2]https://zh.wikipedia.org/wiki/spacex%e6%98%9f%e8%89%a6
[3]https://babylonbee.com/news/sheila-jackson-lee-asks-why-elon-musk-wants-to-colonize-mars-since-its-just-a-giant-ball-of-spaghetti-sauce
[4]https://futurism.com/the-byte/royal-astronomer-elon-musks-mars-plan
[5]https://futurism.com/neoscope/scary-space-travel-effects-body
[6]https://www.eurasiantimes.com/drone-pilots-are-the-new-aviators-ukraine-russia-race-to/
[7]https://www.usatoday.com/story/tech/science/2018/08/01/mars-terraform-nasa-elon-musk/878404002/
[8]https://news.sciencenet.cn/htmlpaper/20137249593834029618.shtm
[9]https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%e8%bc%89%e4%ba%ba%e7%81%ab%e6%98%9f%e4%bb%bb%e5%8b%99
[10]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/10/488339.shtm
[11]https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%e8%bc%89%e4%ba%ba%e7%81%ab%e6%98%9f%e4%bb%bb%e5%8b%99
本文經授權轉載自微信公眾號“科學中國”。
