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火星任务:改善火星生存条件

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:美国国家航空和宇航局的专家们一再表示,开展载人火星飞行任务之前,必须准备好一个有效的对策方案,用以保证宇航员的健康,让他们不仅仅安全到达火星,还要让他们适应火星表面的重力条件。对此,美国国家航空和宇航局已经提出了载人火星探测任务,并计划于2030年发射启动。所以,改善火星表面的地质条件,也是人类移居火星的前提之一。由此可见,火星表面环境系统对火星的气候影响是非常大的。

火星任务:改善火星生存条件

现在,我们人类已经有了具体且丰富的探测资料,表明在整个太阳系中,火星与地球存在着很多共同的特征,是人类离开地球后移居的最佳目标。

火星和地球都有大致相同的表面积,都有极冠,都有类似的倾斜旋转轴,使得火星和地球都有很强的季节性变化。此外,更有确凿的证据显示,在过去,这两个行星都曾经历过气候的变化。

如今,随着航天科技和空间科学的发展,人类飞越、考察、探测和定居火星的梦想正在一步一步变成现实。不过,火星与地球在很多重要的方面又是完全不同的。

火星北极冠(图片来源:www.universetoday.com)

接下来,我们就来说一说火星表面对人类生命的影响条件。只有将这些重要的条件一一改善到适宜人类生存,我们地球人才能在火星上长久居住。否则,一切美好的移居火星梦想都只能化为泡影了。

更具体的,要从三个方面进行系统改善。

第一,火星表面重力系统。

我们知道,相比较之下,火星的表面积和质量比地球要小得多。所以,火星表面的重力也比地球上的重力小得多——准确地说,比地球上的重力小62%,只有地球标准的38%。换句话说,一个在地球上重100千克的人,在火星上,他的体重就只有38千克。

两个星球地表重力之间的差异,来源于很多因素的影响:星球的质量、密度、半径大小(这是最重要的因素)等。虽然火星的表面积相当于地球的陆地面积,但是它的直径只有地球的一半,它的密度也远小于地球的密度(火星体积只有地球体积的15%,火星质量只有地球质量的11%)。这些火星本身的客观条件决定了火星表面重力系统与地球重力系统的巨大不同。

图片来源:[美]欧阳凯(kyle Obermann)

如果我们想将宇航员、探险家送上火星,或将来某一天在火星上定居,那么了解火星表面的重力系统对人类生命的影响,了解长期暴露于只有地球重力三分之一的火星环境下会造成什么样的后果,就是非常关键的一步。

美国国家航空和宇航局的专家们一再表示,开展载人火星飞行任务之前,必须准备好一个有效的对策方案,用以保证宇航员的健康,让他们不仅仅安全到达火星,还要让他们适应火星表面的重力条件。国际空间站的一项最新模拟研究表明,宇航员在火星执行4~6个月的任务后,会因火星表面重力的影响,造成肌肉活动能力三分之一左右的损失。

由此可见,我们人类怎样适应火星表面重力、怎样在火星重力系统的影响下生存,是移居火星的首要条件。根据火星探测机器人、着陆器、轨道器和载人飞行器所传回的一系列科学信息,我们能够更详细、更充分地了解火星重力系统,从而有针对性地展开条件改善和适应性调整,为人类去火星生活奠定首要的安全性基础。对此,美国国家航空和宇航局已经提出了载人火星探测任务,并计划于2030年发射启动。品我们期待科学家们研究出更多更优秀的成果。

第二,火星表面地质系统。

火星和地球一样拥有多种多样的地形,既有高山、平原,也有峡谷、沟壑。不过,火星基本上是沙漠行星,地表覆盖着茫茫沙丘和砾石,呈现出红沙遍布的荒凉之感。由于火星的重力、体积都比地球的小,整个星球的地形、尺寸与地球的地形、尺寸相比,也存在着一些不同的地方。(www.xing528.com)

在火星上,南北半球的地形有着非常鲜明的对比:北方是被熔岩填充的低矮平原,南方则是充满陨石坑的古老高地,两者以明显的斜坡为分隔线。另外,火山地形穿插其中,众多峡谷分布各地,南北极则有以干冰和水冰组成的极冠,风吹沙丘的地貌更是遍布在整个星球。

火星的南北两极,永久地被固态二氧化碳(干冰)所覆盖,就像一个巨大的冰罩。这个冰罩的结构是层叠式的,由冰层与变化的二氧化碳层轮流叠加。在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过,也就无法知道在南部的冰层下是否存在着冰水层。这种两极覆盖层的变化,使火星的气压也在不断改变,不能像地球一样保持在稳定范围之内。

科学家们推测分析,火星大约在46亿年前形成,地下岩浆及构造活动在其演化的早期阶段就开始了,最强烈的活动期可能发生于最近的20亿年。目前阶段,火星在地质上可能是宁静的。但是,由火星表面地质系统引发的不稳定气压,对我们人类生活的很多方面都有不利影响。我们习惯了地球上的环境,也适应了地球上的条件,一旦产生不同变化,人体的细胞和器官就会做出相应的反应,带来超乎想象的不适。所以,改善火星表面的地质条件,也是人类移居火星的前提之一。

第三,火星表面环境系统。

目前,火星的大气与数十亿年前地球的大气有着惊人的相似之处。

地球最初形成时,并不存在氧气,看起来也是荒凉的不毛之地。大气层完全由二氧化碳和氮构成,直到地球上进化出了光合细菌,才产生了足够的氧气,从而进化出动物。同样,现在火星上薄薄的大气层几乎完全由二氧化碳构成。

现阶段火星大气层的构成:95.3%的二氧化碳、2.7%的氮、1.6%的氩、0.2%的氧。相比之下,地球的大气层由78.1%的氮、20.9%的氧、0.9%的氩、0.03%的二氧化碳和0.07%的其他气体构成。从这个详细对比中可以看出,人类想要移居火星,必须携带大量的氧气和氮气,才能维持生命。

而且,地球有着强大的保护磁场,火星则是个“光杆司令”。由于没有磁场的保护,火星完全暴露于太阳风的灼烧之下。太阳风是太阳喷射的持续带电粒子流,它缓慢地侵蚀火星大气层,直至将火星大气层削弱成仅包裹着气体残留物为止。随后恶劣的气候很快到来,从而使表面逐渐转变成现今的荒芜模样。

火星的平均表面温度低达-62.77摄氏度,最高温度为-23.88摄氏度,最低温度为-73.33摄氏度。相比之下,地球的平均表面温度为14.4摄氏度左右。可见,火星表面的温度对人类来说,也是一个极大的挑战。

与地球相比,火星的一年更为漫长,大概有687个地球日。

火星自转轴与地球自转轴倾斜的程度几乎相同,但由于火星上每个季节的时间比地球上每个季节的时间长大约一倍,再加上火星比地球距离太阳远,所以火星上的每个季节都比地球上相应的季节要寒冷。另外,火星绕太阳公转的椭圆轨道也比地球的椭圆轨道扁一些,导致火星南北半球的四季差异比地球南北半球的四季差异更为显著。

由此可见,火星表面环境系统对火星的气候影响是非常大的。就火星现阶段的气候和温度来说,我们人类一旦踏上火星,恐怕就会陷入缺氧而亡、冰冻而亡的状态。因此,改善气候条件和环境条件,也是人类移居火星前迫在眉睫的事。

总之,火星表面系统所造就的各种条件,与地球表面的人类生存条件相比,既有相似之处,又存在着明显的差异。我们人类想要登陆火星并在火星上生活,建立火星基地、火星社区,创造长久居住的火星家园,就必须先改善火星表面的各种客观条件,战胜或解决它给人类带来的威胁和挑战,才能实现移居火星的真正目标。

火星沙尘暴前后对比图

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