人们为什么如此执着于探测火星？

每隔大约26个月，地球与火星会运行至最近的位置，此时发射探测器将节省大量燃料，2020年正是火星探测活动的窗口期。目前，已有多个国家宣布将于今年发射火星探测器，这其中也包括中国——我国已在2016年1月11日正式批复了火星探测任务，首次向火星发射探测卫星的任务定于今年执行。

登陆火星并不是一件容易的事情。事实上，这些火星探测器任务有一半都会失败。即便是在今年发射，火星探测器也需要飞行大约七个月左右的时间才能抵达目的地。为了顺利开展这项任务，据《中国日报》报道，3月10日，北京航天飞行控制中心圆满完成我国首次火星探测任务无线联试，充分验证了探测器与地面系统的接口匹配性和一致性，对各类方案、技术状态、软硬件系统进行了全面测试。

人们为什么如此执着于探测火星？这个天空中脱颖而出的特殊天体，对人类的重要性不言而喻：它与地球的相近与相似，让人们对火星给予了无限幻想与好奇。火星上是否存在生命？更是成为人们长久以来渴望一探究竟的事情。因为这也许意味着，身处地球的我们，并不是宇宙中唯一孤独的存在。正如美国范德比尔特大学天文学教授戴维·温特劳布（David A. Weintraub）在《火星生命：前往须知》一书中所说的那样，“为什么有那么多人对火星感兴趣，其原因就是火星上可能有生命，无论这种生命是未来的人类还是原著火星人。如果火星今天已有生命存在，那会发生什么情况呢？如果21世纪宇航员在火星上建起人类居住点又会怎么样呢？会不会给火星带来死亡和破坏？就像第一批欧洲殖民者对付新大陆那样，把天花、麻疹、百日咳、黑死病和痢疾带入一个没有能力抵御这些入侵者的世界。”

以下内容节选自戴维·温特劳布所著《火星生命：前往须知》一书第一章《火星，一颗重要的星球》，已获得出版社授权刊发。

作者丨（美）戴维·温特劳布

摘编丨何安安

《火星生命：前往须知》，（美）戴维·温特劳布（David A. Weintraub）著，傅承启译，上海科学技术出版社2019年10月版。

火星上是否存在生命？

身处宇宙的我们孤独吗？地球也许是生命的绿洲，宇宙中唯一滋生万般生物的地方。不然，生命就可能普遍存在，如同无数的恒星和行星那样遍布宇宙。如果生命是普遍的，如果只要环境适宜并具备必需的基本材料，生命就能相当容易地产生，那我们邻侧的火星就可能有某种形式的生命存在。如果我们发现火星生命的起源与地球生命无关，那就可以很可靠地推断：生命是遍及整个宇宙的共同现象。要是这样，这一发现就非同小可，火星的重要性将不言而喻。

火星自始至终受到地球观察者的关注，无论他们是何民族。希腊人（称火星为阿瑞斯—Ares）、罗马人（称火星为马尔斯—Mars）、巴比伦人（称火星为尼尔瓜—Nirgal）或印度人（称火星为蒙加拉—Mangala，或安噶拉卡—Angaraka）都视火星为战神，中国人和日本人则视火星为火之星。印加人将这颗行星命名为安夸库（Auqakuh），古代的苏美尔人称其为西莫德（Simud），在古希伯来语中火星被称为马迪亚姆（Ma’adim）。

无论何时何地，在所有的历史记载上火星总有其专称。只要仰望天空，它就那么引人注目。作为行星（古希腊地方语意为流浪之星），火星是天空中脱颖而出的特殊天体，其亮度只有金星、木星和土星能与之媲美，即使不用望远镜，夜空中的火星也比其他行星更具色彩，不过，多数情况下火星呈现为红色。也许这就是火星的诱惑，也许在古代充斥神明的天空中，在充斥想象与神话的夜幕上，火星的魅力诱使我们将火星想象成一个特殊之地，比我们幻想中去过的任何地方都要独特。

电影《火星任务》剧照。

长久以来，人类受到自身愿望和想象的支配与诱惑，火星上有没有生命的疑问一直萦绕在心。在人类数千年的历史上，无论哪种文化，都将这颗明亮的红色星球视为极重要的神明。尤其在中世纪和文艺复兴时期，人们以为外部所有世界几乎都应有人居住，这种想法可能促使天文学家怀着火星类同地球的期待，去寻找并且很可能遂其所愿地找到了他们想要找的东西。

望远镜发明后拍摄的火星照片表明，这颗离太阳第四远的行星在与生命有关的方面和地球有许多相似之处。怀有这种情怀，天文学家得出火星必定也有生物居住的结论也就极其自然了。在火星殖民时代日益逼近之际，需要认识到我们肩负着有关火星生命的历史期待，因为过去四百年来关于火星的发现历史激励今天的科学家去探索和研究这颗红色星球。

火星上是否存在生命？或许存在。火星人就是小绿人吗？那倒不见得。原始微生物能在火星上（在地下液态水层中）存活吗？毫无疑问。发生在很久以前的巨大撞击事件，能否将孢子从火星传到地球或从地球传到火星？非常可能。我们知道，构建生命最重要的六大基本元素是：碳（C）、氧（O）、氮（N）、氢（H）、磷（P）、硫（S），而这些元素在宇宙中几乎无处不在。正如我们所知，碳是化学生命的基石，它在火星上极为丰富。火星上还有大量的氮和磷，它们可是氨基酸和DNA 必要的成分。

我们知道火星上有水，水由氢和氧组成，因此，这两种元素，无论是合成为水还是因某些化学过程而分离，很容易获得。糖、蛋白质和核酸中均含有硫，这在火星上也很丰富。所以，从化学角度而言，火星至少具备了基于化学的生命发生和存活所必需的全部原材料。此外，自太阳诞生以来，火星在最近45 亿年的大部分岁月里都处于太阳系的宜居区，那里的温度、压力和密度恰到好处，可让液态水存在于火星，至少在火星一年的某些季节里，存在于其地层之中。

电影《火星任务》剧照。

因此，原则上，火星可以拥有生命，无论是作为生命的诞生地，还是作为沉积在那里的某种生命的培育环境。此外，天文学家最近在许多恒星周围的宜居区内发现许多系外行星，火星可以作为一个样板，帮助我们理解生命在这些系外行星上存在的可能性。

如果火星上存在生命，

我们是否应该殖民火星？

一些科学家猜想，太阳系里的生命可能早已在火星上发生，后来有一颗很大的小行星撞击了火星并将火星岩石溅入太空，意外地将生命输送到了地球。还有一种可能，生命或者先产生于地球，一次巨大的撞击事件将其输送到了火星，在这种情况下，对于先在别处形成而后沉积在火星上的生命体而言，火星起了培育环境的作用，不过这种情况在动力学上较为困难。

地球和火星约在45亿年前几乎同时从环绕新生太阳转动的一个气体尘埃盘中形成。形成之初，它们的表面可能受到许多巨型小行星和无数彗星持续数亿年的轰击，经过这一痛苦阶段后，太阳系逐渐稳定下来。只要行星冷得足够，固态大地便会开始形成，而且几乎可以肯定，地球和火星的表面都会有液态水积聚。

这些原始形成事件之后不久，这两颗行星中至少有一颗出现了生命。澳大利亚地质学家艾伦·努特曼（Allen Nutman）及其科学团队最近将地球上已知最古老的生物出现的时间推到了37亿年之前。在格陵兰的伊苏阿（Isua）岩层构造中，他们发现岩石呈叠层结构，证明这种岩石本身就是叠层石。叠层石是微生物菌落在生长过程中沉积而成的矿物层。

由努特曼的工作可知，在地球只有8亿岁时叠层石就已在地球的浅海中繁盛。生命在地球形成后如此快地在地球上扎下根来，真是令人难以置信。火星8亿岁时同样又暖又湿，要是这样，那么在大约同一时期火星上也可能有生命形成或扎根。因此，年轻的地球上存在叠层石的事实强烈表明，年轻的火星在其浅湖中也可能有了原始生物菌落。

电影《火星救援》剧照。

毫无疑问，火星是宇宙中有可能找到外星生命最近的地方。数百年来，天文学家反复声称发现了火星拥有生命的证据。不过，迄今为止所有这些发现，要么被证明是错误的，要么争论不休。这种局面让我们无所适从！“火星上是否存在生命？”如何回答这个问题，至今没有任何科学共识。关于火星生命众说纷纭、争论不休的局面表明存在一种极其诱人的可能，即火星上的生命曾经繁荣昌盛甚至今日尚存。然而，我们无法给出一个能证明火星上曾有生命存在过或现仍尚存的确凿证据。对此，没有评委，需要的只是更多的证据。

在火星上发现地外生命将会被归入科学史上最深刻、最重要的发现之列，然而，这一发现也会引起伦理道德上的巨大忧虑。如果科学家们认为火星上存在生命，那么我们将会开展一场是否应殖民火星的辩论，这可能会成为21 世纪中叶人类面临的最重要问题之一，要知道那里已经有人居住。仅仅因为拥有运送本族成员到行星际空间的技术能力，人类是否理所当然地拥有可能扰乱另一世界生命的权力？有些伦理学家争论说，如果火星上居住的只是些生物学上不比微生物群体更高级的生命，那么我们就可以自由地殖民这颗红色星球，要是发现的是多细胞生物，那就不应该打搅它们。

NASA不再是唯一的参与者，

人类踏上火星还要多久？

人类踏上火星还要多久？根据《美国国家航空航天局（NASA）授权法案（2010）》（NASA Authorization Act of 2010）和同样在2010年颁布的《美国国家空间政策》（U. S. National Space Policy），NASA正在开发送人上火星的能力，计划21世纪30年代前能让他们安全地返回地球。根据这些计划，到达火星的时间表似乎过于乐观，所以NASA正在逐渐缩减预期目标。尽管如此，我们现在正在筹谋的计划都是在我们多数人的有生之年内派遣宇航员前往火星。当前的计划属于第一探索阶段，在月球附近进行探索，包括在月球轨道上建造空间站，使其成为NASA 进入深空—目标远在月球之外—的门户。

NASA的火星（还有月球）载人航天飞船将从佛罗里达州肯尼迪空间中心（Kennedy Space Center）发射，那里正在建造一个先进的跟踪系统，旨在支持月球之外的载人任务，该系统已接近完成。一旦完成，这个空间发射系统SLS（Space Launch System）的推力将比“阿波罗计划”用的土星五号火箭约强20%（后者可将135 吨载重推入轨道），它采用过去的“空间航天飞机计划”（Space Shuttle）开发的火箭技术并加以建造，因为它已经受过长期的考验。SLS的功率十分巨大，它的最终目标是要用猎户座多用途载人飞船（Orion Multi-Purpose CrewVehicle）将宇航员送抵火星。

电影《火星救援》剧照。

往返火星的旅程长达16个月，途中猎户座飞船要为宇航员提供生存空间。SLS的第一艘运载飞船“Block 1”，计划于2018年完成*（* 2017年4月，NASA 宣布首航时间延至2019 年。—译者注），运载能力77 吨。SLS计划的第一个航天任务是发射一艘太空船进入绕经月球的轨道并返回地球。SLS任务的后续设计阶段称为“Block 1B”，在Block 1的上部增加一级功率更大的火箭，将SLS任务的运载能力提高到115吨。NASA计划用这种配置将宇航员送到月球之外的太空，例如近地小行星的附近。SLS任务的第三设计阶段为“Block 2”，计划采用固体或液体推进剂的火箭助推器替代Block 1的5个火箭助推器，设计指标要求达到143吨的运载能力。目前估计，按照SLS将宇航员送入火星的最终配置，宇宙飞船重达650万磅，相当于10架满载的波音747飞机，起飞推力达到920磅，相当于208000多台美国雪佛兰科尔维特超级跑车的发动机，站立高度达365英尺，比30层大楼还高*（* 1 磅约为0.45千克；1英尺约为0.3米。—译者注）。

猎户座飞船的第一次无人驾驶双轨试飞已于2014年12月完成。SLS火箭和猎户座飞船向月球之外目的地的第一次集成发射和飞行的计划称为“探索任务 —1号”（Exploration Mission—1），它不搭载宇航机组人员，并预定在2019年2月** （** 已延期至2020年。—译者注）进行。

第一次载有宇航机组人员的猎户座飞船称为“探索任务—2号”，定于2021年发射，但现在看来似乎要推迟。第二阶段的探测任务，包括最终的火星之旅计划，将于本世纪20年代末启动，最初是为期一年的月球空间站的载人飞船。到30年代前，NASA 计划对猎户座飞船系统进行全面测试，测试飞船运载宇航员和生命保障物资到火星轨道并返回地球的能力。

遣送宇航员到火星并在其表面降落，保障他们的生存，然后让他们从火星表面升空撤离并安全返回地球，这些要求已经远远超出了NASA现有的能力。火星表面向下的重力几乎是月球表面的2.5倍。因此，要使宇航员在火星上安全降落必须采用制动火箭或别的着陆器，以减慢宇航员向火星表面降落的速度。基于同样的原因，宇航员要从火星起飞返程也是一项比从月球表面返回技术难度大得多的挑战。当然，进出火星仅仅是在火星居住会遇到的部分问题，目前NASA 已经着手为营造火星居住点而制定各种富有想象力的计划。

电影《登入火星》剧照。

然而，现在NASA不再是从事太空探索和火星竞赛的唯一参与者。在线支付系统公司PayPal 的创始人兼企业家埃隆·马斯克（Elon Musk）在2002年创立太空探索技术公司SpaceX 时明确表示，他的目标是在火星上建立人类居住地。SpaceX已经成功地用它的“龙飞船”（DragonSpacecraft）将货物运送到了空间站，它还有意将宇航员运送到空间站，然后送到更远的太空。SpaceX目前采用两级“猎鹰9号”（Falcon 9）作为运载火箭，其推力等同于5架满载功率的747飞机，可升举28吨重物进入轨道。

2015年12月，SpaceX成功证明，火箭的第一级可以安全返回着陆以便重新使用，并于2017年5月的第二次火箭发射中首次重复使用了第一级火箭。SpaceX现在正致力于研发功率更强的重型猎鹰火箭（Falcon Heavy），据说它能升举55吨重物进入轨道。

马斯克：

希望使人类成为“多行星物种”

2016年6月在接受《华盛顿邮报》（Washington Post）采访时，马斯克第一次透露他有一个大胆的计划，打算在2018 年派遣第一艘无人飞船前往火星。在2016年9月墨西哥瓜达拉哈拉（Guadalajara）的国际宇航大会（International Astronautical Congress）上，他更详细地诠释了这些计划。两年后，在澳大利亚阿德莱德（Adelaide）的国际宇航大会的演讲中，他更新了这些计划，并谈到了使人类成为“多行星物种”的问题。

马斯克计划中的运载火箭有好多个名称，例如行星际运输系统ITS（Interplanetary Transport System）和BFR（B和R分别是英语“大”与“火箭”两个词的首字母），这种运载火箭的动力由31台“猛禽火箭”（Raptor）发动机提供，起飞推力达到5400吨（接近1100万磅），能够升举150吨重物进入轨道，BFR 将取代以前所有的SpaceX火箭和飞船（猎鹰9号、重型猎鹰和龙飞船）。

电影《火星救援》剧照。

目前SpaceX的猛禽火箭还处于设计阶段，根据现有计划，将采用碳纤维罐分别储存液态甲烷和液氧两种燃料，要求能在太空中进行燃料补给，使BFR能升举150吨直达火星。2022 年，马斯克打算发射2次ITS，用龙飞船将两批货物送到火星并着陆。如果该公司能按极为大胆的时间表连续进行发射（很多人认为不现实），SpaceX将于2024年向火星发射4艘运载火箭，其中2艘运送补充物资，另外2艘运载人员，每艘运载的冒险者多达100人，他们将抵达火星并着陆，在那儿建立一个居住地，另外再建造一个推进剂生产基地，还要找到水源。

科幻迷们可能会发觉，马斯克的计划与20世纪90 年代罗宾逊（Kim Stanley Robinson）获奖的三部曲—《红火星》（Red Mars）、《绿火星》（Green Mars）和《蓝火星》（Blue Mars）中描述的计划十分相似，该书讲到要在2026年将首批100名殖民者发送到这颗红色的星球上。

在接下来的40年里，马斯克希望将多达100万的移民送往火星，并开始改造火星气候，使它更像地球气候，这个概念被称为“外星环境地球化”。他声称，他的火星人能在火星上维持生存，并能再次返回地球，因为他的火箭将定期往返于地球与火星。但是，移民们能够返回地球的假设，首先取决于他们在太空和火星表面恶劣的辐射环境下的生存能力，其次取决于SpaceX 在火星上利用太阳能制造返程的燃料甲烷和氧的能力（汲取储存在地下和大气中的水和二氧化碳）。马斯克的大胆计划可能还需要投入数百上千亿美元用于开发，这个超出了他个人的支持能力。

如果火星今天已有生命存在会发生什么？

另一位科技亿万富翁、亚马逊（Amazon）的创始人杰弗里·贝索斯（Jeffrey Bezos），也通过他旗下的企业蓝色起源（Blue Origin）制造火箭，并制订了他自己的输送移民到火星的计划。2016年，蓝色起源已经成功地发射了第一枚以美国第一位宇航员艾伦·谢泼德（AlanShepard）命名的“新谢泼德号”火箭（New Shepard），并在亚轨道飞行中成功着陆。

蓝色起源还在研发一具威力更强的火箭，名为“新格伦号”（New Glenn），它以美国第一位环绕地球的宇航员约翰·格伦（John Glenn）命名。佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪空间中心的探险公园里现在正在建造一座大型设施，该具火箭就打算从那里进行发射。新格伦号的首秀定在2020年，计划采用第一级可重复使用的三级运载火箭，该火箭连同飞船高达350英尺，以液氢和液氧为燃料。贝索斯预计这个项目需要长达数十年的时间，其目的不是发射卫星或运送货物，而是将建造人类居住地所必需的设备运送到月球。然后，他打算将数以百万计的人送入太空，让他们在近地轨道上工作。只有到那时他才会把目光投向移民月球和移民火星。据贝索斯说，“我认为，第一步得去月球，在月球上建立家园，然后再去火星就会容易多了。”

NASA 可能还有一个竞争对手，那就是火星一号（Mars One），这是荷兰一个私人集团的计划。火星一号是巴斯·朗斯多普（BasLansdorp）和阿尔诺·维尔德斯（Arno Wielders）在2011年设立的计划，打算在2020年向火星发射无人飞船，2031年将第一批机组人员送往火星，2033年运送第二批。火星一号在2013年已开始挑选宇航员，计划在2017年选出第一批机组人员，届时他们将开始接受单程火星之旅的培训。与NASA、SpaceX和蓝色起源不同，火星一号什么都不设计，也不制造，包括火箭、发射系统、着陆设备、生命保障系统或漫游车等都不设计、制造。相反，他们准备从现有的航空航天公司购买所需要的一切。至于火星一号能否真正买到航天任务所需要的硬件，尚待关注*（* 火星一号运营组织于2019年1月宣布破产。—译者注）。

电影《火星任务》剧照。

另外还有一玩家最近也宣布了殖民火星的计划。2017年2月在迪拜举行的世界政府峰会上，迪拜的酋长和阿联酋副总统谢赫·穆罕默德·本·拉希德·阿勒马克图姆（Sheikh Mohammed bin Rashid AlMaktoum）宣布，阿联酋计划一百年内在火星上建造一座城市。阿联酋的“火星2117 计划”（Mars 2117 Project）目前只是一个概念，不过，它已于2014年设立了自己的空间局，并计划于2021年向火星发射一个无人探测器，届时恰逢阿联酋从英国获得政治独立（1971年）50周年。

为什么有那么多人对火星感兴趣，其原因就是火星上可能有生命，无论这种生命是未来的人类还是原著火星人。如果火星今天已有生命存在，那会发生什么情况呢？如果21世纪宇航员在火星上建起人类居住点又会怎么样呢？会不会给火星带来死亡和破坏？就像第一批欧洲殖民者对付新大陆那样，把天花、麻疹、百日咳、黑死病和痢疾带入一个没有能力抵御这些入侵者的世界。他们还带去了马和猪，这些马和猪为求生与原住野生物种展开竞争，而它们往往取得胜利。

旧世界的疾病和动物一起给新大陆的生物群造成了毁灭性破坏。人类在保护偏远荒野地区方面也没有良好的记录。北极、南极和亚马孙的生态系统都受到了人类文明的侵害、狩猎和全球变暖的威胁。如果我们连帮助北极熊、企鹅和巨獭在自己星球上的生存都不能达成共识，那我们还能为保护火星微生物的生存干得成什么呢？

火星微生物难道也那么重要吗？是的，十分重要。第二种生命，即完全独立于地球起源的生命，可能已在那里发生。即使火星上的生命只是些细菌大小的生物，它们隐藏在地下或地缝深处，既可以避免紫外辐射和宇宙射线，还可以找到水，即使如此，这些火星微生物对于理解宇宙中的生命也是至关重要的。

独立于地球的火星生命清晰地向我们传递了一个外星生物学信息：只要条件许可，生命可以处处发生。另外，要是发现微观生命也是以DNA为基底的话，我们还会获得格外重要的一个地外生物学信息和人类远古进化的线索：生命在行星际空间的传播十分容易。生命一旦开始就会传播，因此无论我们是火星人还是火星人是我们，彼此都有亲缘关系。最后，如果我们发现火星是块贫瘠不育之地，甚至连火星微生物都不存在，那就是说，人类在太阳系甚至可能在银河系、在宇宙都是孤单的，比我们大多数人现在想象的更为孤单。无论答案如何都意义重大，所以，火星至关重要。

电影《火星任务》剧照。

随着飞往火星的可能越来越大，对我们的这颗邻居行星是否存在生命做出科学决定也越来越紧迫。让宇航员进入火星轨道几乎不会造成污染火星的风险。但是，如果人居船舱和宇航员在火星上着陆、甚至建立居住营地，那我们就有可能在充分考察这颗红色星球并发现是否存在生命之前，会无意之中摧毁火星上可能存在的生命。

我们或许得静思细想，在开始殖民火星之前是否需要谨慎行事。是否殖民火星的决定也许不应该严格限于政治家、专业宇航员和天文学家、太空爱好者，以及有钱的风险投资家，我们所有的人都应该更好地理解火星，都应该参与这场公共辩论。

以上内容选自《火星生命：前往须知》，较原文有删节修改，小标题为编者所加，非原文所有，已获得出版社授权刊发。

作者丨（美）戴维·温特劳布

摘编丨何安安

编辑丨徐悦东

校对丨李项玲

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