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“火星叔叔”郑永春:未来100年,人类可以在火星上拥有一个城市

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浩瀚无垠的宇宙星河吸引着数辈航天人前赴后继,也激励着无数人的航天梦想。在被认为是中国航天超级大年的2020年,网易新闻在火星探测器发射之际,联合科普中国、中国航天科普,策划重磅系列报道《一起去火星》,为广大网友呈现完整、新颖的火星科普知识,带大家一起“穿越”火星。


文/彭丽慧

网易火星知识官介绍:郑永春,中国科学院国家天文台研究员。理学博士,主要从事行星科学与深空探测研究。行星科学专家、科普作家、中国科协月球与深空探测领域全国首席科学传播专家。现任中国科普作家协会副理事长、中国科普作家协会新媒体专业委员会主任、青年科学家社会责任联盟理事长、香江学者联谊会创会理事长、中国青年科技工作者协会理事、未来论坛青年理事、北京科普作协理事、上海科普作协荣誉会员、果壳网科学顾问、腾讯智库成员。长期从事月球与深空探测、载人航天等重大科技工程,曾任探月工程首席科学家学术秘书、澳门科技大学-中国科学院月球与深空探测伙伴实验室学术秘书、国家天文台青年创新促进会首任组长、中国天文学会青年天文论坛主要发起人等。2016年获美国天文学会卡尔萨根奖,成为获得该奖的第一位中国科学家。

提起郑永春,大家都喜欢在他的名字面前加上“火星叔叔”这个称呼,在微博上,他拥有30多万的粉丝,会在上面分享、解答有关火星、月球探测的各类知识和最新消息。

只要搜索“郑永春”,你会发现,这个名字会出现在很多科普活动上,以至于在2016年美国天文学会行星科学分会颁给了郑永春“卡尔·萨根奖(Carl Sagan Medal)”,这是首位获得此荣誉的中国人。这个奖就是为了表彰郑博士对行星科学研究和大众科学传播的满腔热情与不懈努力。

他告诉网易科技,中国是第一次进行火星探测任务,而且在第一次任务里面就要实现登陆,难度是空前的,也面临着很多不可预知性。其中在发射、地火转移、实现环绕等几大阶段都很关键,尤其火星探测器在着陆前,需要将速度降下来,这个过程大概需要7分钟,这也是整个任务的关键点,因为它的成功与否,直接决定着任务的成败。

对于外界关心的移民火星的计划,郑永春认为自己是乐观派。他觉得未来20年左右,人类将登陆火星;未来50年左右,我们可以在火星上有个小镇;100年左右,我们可以在火星上拥有一个城市,500-1000年左右,我们就把火星改造成另外一个适合人类居住的星球。

不过他告诉网易科技,人类刚移民到火星的几十年、上百年,肯定是非常原始落后的,制造业、医院、网络等这些在地球上触手可得的,都需要重新建立。这就涉及到新造一个人类社会文明的过程,这个文明没有上百年的积累,没有一代接着一代人的努力是不可能建起来的。

而当人类已经适应了火星生活,就进入了创造了火星文明的阶段。这也是郑永春畅想火星生活的第二个阶段,这时候,火星文明跟地球文明并驾齐驱,但又在各自方面向不同方向独立发展,它们会有自己的语言、政治、法律、体系、心理。星际之间的交流、贸易也会开展开来。

以下为网易科技对郑永春采访的部分记录:

网易科技:自20世纪60年代以来,人类曾进行了四十多次火星探测任务,2020年火星探测再次成为热门,中国也将发射火星探测器天问一号,向火星进军,为什么我们会选择探测火星?

郑永春:在探月之后进行行星探测,行星探测就是离开地球和月球组成的地月系统,去往更遥远的深空,而金星和火星正好是离地球最近的两个行星,它两一个在地球内侧,一个在地球外侧,往内飞就可以到金星,往外飞就可以到火星,但人类经过几十次的金星探测后发现,金星的环境极为恶劣,不适合人类生存,也基本上不可能有生命。航天时代以来,人类通过对金星和火星的探测后发现,火星是跟地球环境最相似的行星,也是人类最适合去的地方,这也是火星探索越来越热的原因。

这几年,很多私营、民营航天公司把目光瞄准了火星登陆以及火星移民,虽然中国是火星探测的后来者,但在这个浪潮里,我们肯定不能缺席,一定要有自己独特的贡献。

网易科技:为什么各国会不约而同的选择在今年的七到八月进行火星探测任务?

郑永春:火星探测有一个发射窗口,每隔26个月才有一次,探测器只有在这个窗口发过去,才能到达火星,也是最节省燃料。就像操场上跑道,地球在第三圈,火星在第四圈,只有当火星在地球前方44度左右的时候,探测器从地球出发才能追上它,这个时候就是一个发射窗口。

今年七到八月份正好是火星探测器的发射窗口期。在这个窗口期,中国要发射天问一号,天问一号实际上是一组探测器,由轨道器、着陆器和巡视器(又叫火星车)组成。此外,还有美国的毅力号火星车、阿联酋的希望号火星探测器等都会在这个窗口期发射。

网易科技:和登月比起来,为什么去火星更难?它难在哪里?

郑永春:月球距离地球平均38万公里,火星到地球的平均距离将近2亿公里,最近的时候有5500万公里,最远的时候是4亿公里,所以去月球只需要3天,去火星需要半年以上。距离的不同又会带来很多连锁问题,比如对火箭的运载能力的要求是不一样的,发射同样重量的航天器,去火星的火箭要带更多的燃料,需要更大的推力。同时,距离地球越远信号越弱,测量的误差也会越大,信号传输的难度就会越大,所以在数据的接收和信号的传输方面火星的难度要大得多。

此外,月球是地球的卫星,就算探测月球,也还是在地月系统里面,没有真正脱离地球的引力,但火星探测才是真正的行星探测,所以这就不仅仅是距离和时间的不同。

还有一点更为重要,月球没有大气层,只要火箭反推就会减速,之后探测器落到月球上。而火星有大气层,探测器穿越大气层会产生高速的碰撞、摩擦,形成高温、高压;同时因为火星探测器飞行速度更快,踩刹车的时间需要更长,刹车滑行的距离也会更长。特别是探测器从进入火星大气层到登陆只有7分钟,是没有办法从地面上进行控制,因为火星上的信号传到地球上需要十几分钟,因此火星着陆是风险最高、失败概率最大的环节。迄今为止人类的火星探测任务约有45次,成功率只有50%,大部分还是不进入火星大气层的环绕任务。至于登陆,只有一个国家实现过。中国的火星探测任务一旦成功,将成为全世界第二个能够成功登陆火星的国家。

网易科技:您刚才讲解整个火星探测过程中,这7分钟的着陆很关键。那本次火星探测任务中,从地球到火星要经过6-8个月的时间,还有哪几个关键点是需要我们着重关注的?

郑永春:中国是第一次进行火星探测任务,而且在第一次任务里面就要实现登陆,其实这个难度是非常大的,也面临着很多不可预知性。

第一是发射,脱离地球的重力离开地球表面,仍然是一件高风险的事情,而且这次发射用到的长征5号火箭,也是中国的一款新型大推力火箭,所以说火箭发射仍然会面临不确定性。

第二个阶段是能不能顺利入轨,也就是能不能把探测器送到地球到火星的轨道入口处。火箭并不把探测器直接送到火星上,只送到地火转移轨道的入口处,实现星箭分离。

第三个阶段是地火转移轨道的姿态调整。探测器从地球到火星要经过半年多的时间,要进行几次姿态调整,每一次调整都很关键。

第四个阶段是到了火星附近踩刹车,要在合适的时间点上踩刹车,而且要踩得恰恰好,既不能踩得太狠了,又不能踩得太软绵绵的。踩了刹车之后探测器还要不断地调整,调整到进入火星大气层的入口处。

最后,探测器成功登陆后还不代表就能正常开展工作,还需要把火星车释放出来,让火星车独立运行。

网易科技:大家对火星的好奇心由来已久,其中大家非常好奇的一个问题就是到底火星上有没有生命,存不存在外星人?

郑永春:望远镜发明后,科学家曾经发现了火星可能有运河,发现了火星上跟火星人有关的一些所谓的特征。进入航天时代(1964年美国发射第一颗成功的火星探测器水手4号)以来,火星探测获得了大量的数据,证明了原来预测的火星运河、火星人是不存在的;也发现了火星上曾经有过大规模的液态水,有过浓密的大气层,有过温暖湿润的气候,这跟地球早期的环境非常相似,30亿多年前地球上有了生命,那时的火星上是不是有过生命,或者说现在还有没有残留的生命的遗迹,这是大家最关心的问题。

网易科技:既然火星在很多方面都与地球相似,那人类想要移民火星的计划是否可行?如果可行,那火星移民究竟还要多久?

郑永春:我觉得这个世界上分为两拨人,一拨人是乐观派,一拨人是悲观派,相对来讲我是乐观派。我觉得未来20年左右,人类将登陆火星;未来50年左右,我们可以在火星上有个小镇;100年左右,我们可以在火星上拥有一个城市,500-1000年左右,我们可以把火星改造成另外一个适合人类居住的星球,再造一个火星文明。

回顾历史,就有理由觉得乐观,500年前,人类大航海时代,发现了美洲大陆,500年之后,人类的足迹几乎遍布世界上的每一个角落。想象一下,500年之后的火星,可能会比地球还发达,会有这样的可能。

网易科技:那是不是移民之前,我们要对火星上现有生存条件进行一些改造?

郑永春:人要在另外一个星球上生存,首先要有氧气,然后要有水、食物等生活必需品,然后还要屏蔽辐射,火星没有全球性的磁场,火星表面的辐射比地球上要强得多。所以在火星上,人类还没有办法在地表生活,即使在地表生活也要造一个掩体,把辐射屏蔽掉,或者躲到地下。在火星上生存,肯定要在一个密闭的生态系统中,用外部的太阳光作为能源,用二氧化碳的分解来输出氧气,然后利用火星上的的土壤、水来生产食物,但从长远来看,还是要更多地利用火星本地的资源,来提供人类生存所需。

网易科技:除了上述问题外,目前对人类来说,移居到火星的话还面临着哪些问题或者需要突破哪些关键性的要素?

郑永春:人类移民火星要比去火星探测,难度系数可能后面要加两个0。就拿火星采样返回来说,美国2020年发射的发射器,要到2030年才能通过发射新的航天器把土壤带回来。而人类登陆火星的技术难度又要比从火星上带土壤回来,后面至少要加一个0。如果要大规模的把人运过去,在火星上生存下来,实现的技术难度要在载人登陆火星的基础上再加一个0。

这仅仅还只是技术层面上的一些问题,但火星移民还不仅仅涉及到技术层面,人类是一个地球物种,现在适应的是地球环境。但到火星生存时,他们就会适应火星环境,甚至变成一个火星物种,所以将来的火星人跟地球人,有可能是同源的不同物种。来自不同国家的地球人到了火星上,还分不分国家,领土怎么划分,要是否需要不同的货币、法律,等等,相当于打造另外一个人类社会。所以,我认为火星移民不仅仅是一个科技问题,也是一个政治问题、社会问题、法律问题、经济问题。

网易科技:您是否有过畅想,您心目中,在火星上的生活是什么样子的呢?

郑永春:应该有两个阶段的畅想,第一个阶段是人类刚刚登陆火星,建设阶段。刚开始的前几十年肯定是非常原始落后的,人类要把一片荒漠改成一个绿洲,医疗条件、制造业、服务业、网络等在地球上触手可得的东西,都需要在那里重新建立,相当于新造一个人类社会,也就是火星文明的建设过程,这个文明没有几十年、上百年的积累,没有一代接着一代人的努力是不可能建起来的。

在这个阶段结束之后,就进入了第二个阶段,也就是人类已经适应了火星生活,创造了火星文明的阶段。这个时候,火星文明应该跟地球文明并驾齐驱,但又在各自方面向不同方向独立发展,它们会有自己的语言、政治、法律、体系、心理。也就是说,未来将是地球文明跟火星文明的交流,甚至还有星际文明之间的交流。

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