为什么说人类永远都无法殖民火星?

神译局 · 2019-08-15
除非把我们改造成新物种。

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编者按:无数科幻小说赋予了人类一个野心勃勃的未来:成为宇宙的主宰。其中最没有想象力的前景差不多就是在火星上建立起永久的殖民地了。钢铁侠马斯克就是这个前景最爆裂的鼓手。他说自己要死在火星上,不是飞船降落时撞死那种,而是在火星上终老。但是对不起,真正意义上的人类想到做到这一点的希望非常渺茫。这会带来了一些相当沉重的存在主义和哲学启示。就也许意味着我们注定要成为“单一的行星物种”。更重要的是,这表明外星文明可能跟我们在同一条船上,“智慧生命扩张到整个宇宙中的可能性会变得非常非常暗淡。”所以,让我们唯一可居住的行星依然如此就显得非常重要了。本文编译自Gizmodo,作者是George Dvorsky,原文标题为:Humans Will Never Colonize Mars

为什么说人类永远都无法殖民火星?

有关人类很快就能在火星上建立起繁华、永久的殖民地的说法,被我们当中的许多人认为是理所当然的事情。但是,这个崇高的愿景没有认识到一点,即等待那些想要永久居住在火星上的殖民者的,即使不是难以解决的挑战也是一个巨大挑战。除非我们的大脑和身体能从根本上适应恶劣的火星环境,否则红色星球将永远不受人类限制。

火星是在整个太阳系中离我们地球最接近的,这一点毋庸多言。

红色星球是一个寒冷,没有生命的地方,那里的大气比地球的大概要稀薄100倍。火星上存在的微量空气主要由有毒的二氧化碳组成,这对于保护表面免受太阳的有害射线影响的作用很小。火星上的气压非常低;只有600 帕斯卡,仅为地球的0.6%。你还可能会暴露在太空的真空中,导致严重的弯曲形式——包括肺部破裂,危险的皮肤和身体组织肿胀,最终甚至导致死亡。空气稀薄也意味着地表的热量无法保留。火星的平均气温为-63摄氏度,最低可达-126摄氏度。相比之下,地球有记录的低温度是1982年6月23日的-89摄氏度(南极洲沃斯托克科考站)。一旦气温低于-40度,穿衣不得当者在5到7分钟之内即有可能得低体温症。

那种认为我们很快就能建立起数百或数千人居住的殖民地的想法纯属无稽之谈。

火星的质量也比大家普遍认为的要少。这个红色星球上的重力只有地球的0.375倍,这意味着一个在地球上重180磅人在火星上称才有68磅左右。虽说这听起来好像很有吸引力(编者注:减肥效果很棒),但这种低重力的环境从长期看可能会对人类的健康造成严重破坏,并可能对人类的生育能力产生负面影响。

但是,尽管存在这样或那样的种种问题,但这种认为我们很快就能够轻松地在火星上建立殖民地的想法依然到处流行。SpaceX CEO 埃隆·马斯克预计我们最早可在2050年代殖民火星,而威斯敏斯特大学教授,天体生物学家Lewis Darnell的估计更为保守一点,称“大量人群搬到火星自给自足的城镇上生活”大概还需要50到100年。阿拉伯联合酋长国的目标是到2117年建造一座拥有60万居民的火星城市,这是对未来的一个更加雄心勃勃的愿景之一。

为什么说人类永远都无法殖民火星?

插图:苏联艺术家Andrei Sokolov (1960年代中期)

可悲的是,这些实际上根本就是科幻小说。虽说毫无疑问,人类终将光临火星,甚至建立一两个基地也不是不可能,那种认为我们很快就能建立起数百或数千人居住的殖民地的说法纯属无稽之谈,而且全然否定了这样一种前景所构成巨大的挑战。

航天工程师先驱Louis Friedman是行星协会的联合创始人,也是《Human Spaceflight: From Mars to the Stars(载人航天飞行:从火星到星星)》一书的作者,他将这种毫无根据的热情比作20世纪40、50年代时提出的那些未被实现的愿景。

Friedman说:“ 当时,像《大众机械》和《大众科学》等杂志的封面故事展示的是海洋之下和南极地区的殖民地。” 他说,这给人的感觉是人类会找到一种方法来占领地球的每个角落,无论这项任务是多么的具有挑战性或者那地方是多么的不适合居住。”但这种情况并没有发生。我们偶尔会拜访一下南极洲,我们甚至在那里还有一些基地,但仅此而已。在海洋之下的情况甚至更加糟糕,人类能做点事情,但是是非常非常少的‘一点’。” 至于说着这些环境下的人类殖民地,其实没多少。事实上,根本就没有,尽管我们可以相对轻松地实现这一目标。

在人类登月成功之后,Friedman说他和他的同事对未来一度非常乐观,他们相信“我们会做越来越多的事情,比如在火星和月球上建造殖民地”,但“事实上,无论无论是阿波罗计划,航天飞机计划,还是国际空间站,并没有一个载人航天飞行计划”为殖民火星打下了必要基础,比方说建造所需的基础设施,找到安全可行的获取食物和水的方法,缓和辐射、低重力等有害影响的问题。他说,与其他领域不同,载人航天飞行的发展, “已经停滞了。” Friedman同意我们有可能在火星上建立基地,但“历史证据”表明,在可预见的未来,殖民火星是不可能的。

来自佛罗里达大学的神经科学家Rachael Seidler 说,今天的许多人都没有意识到在红色星球上维持一个殖民地有多么困难。

这个过程至少需要数千年。

Seidler是研究运动学习以及微重力对宇航员影响的专家,她说:“大家乐意对殖民火星的想法持乐观态度,但这听起来有点像空想计划。很多人喜欢用我们不应该让现实限制自己来看待这件事情,但必须看到,这个计划有很多潜在负面的生理学后果。”

Seidler说,NASA和其他太空机构目前正在努力制定和测试针对在火星上生活的各种负面影响的对策。比方说,国际空间站上的宇航员会遭遇大量肌肉损失和骨质疏松的问题,他们就得尝试通过在太空中进行力量和有氧训练来抵消这种影响。至于由此导致的负面健康影响,无论是长期停留在国际空间站上还是长期生活在火星的低重力环境中所带来的负面影响,Seidler 说“我们还没有”相应的治疗方案。

在他的最新著作《On the Future: Prospects for Humanity(关于未来:人类的前景)》中,宇宙学家和天体物理学家Martin Rees用相当简要的风格解释了火星的问题:

到2100年,寻求刺激的人......可能已经到火星,或者也许是小行星上建立起独立于地球的“基地”。SpaceX的Elon Musk(1971年出生)说他想死在火星上——但不是撞死。但是,不要指望会出现从地球的大规模移民。在此,我要强烈反对马斯克和我已故的剑桥同事斯蒂芬·霍金,他们热衷于要迅速建立其大规模的火星社区。认为太空能够摆脱地球的问题是一种危险的错觉。我们必须在这里解决这些问题。应对气候变化看起来可能令人生畏,但与对火星的改造(地球化)相比,那简直是不费吹灰之力。我们的太阳系里面没有一个地方可以提供像南极或珠穆朗玛峰顶那样的环境。对于寻常厌恶风险的人来说,“B星球”并不存在。

实际上,有一整个地球化的问题需要考虑。科学家所谓的地球化,指的是对星球进行地球工程以适合人类及其他生命居住的假设前景。对于火星来说,这意味着要向其大气中注入氧气和其他气体以提高地表的温度和气压,还有其他的干预措施。殖民火星的支持者有一个共同的论点,那就是这将让我们开启将该星球转变为宜居状态的进程。许多科幻作家已经着墨描述过这一情形,其中就包括金·斯坦利·罗宾逊(Kim Stanley Robinson)著名的《火星三部曲》。但正如Friedman所说那样,“这个过程至少需要数千年的时间。”

普渡大学行星科学助理教授布里奥尼• 霍根(Briony Horgan)表示,把火星地球化就是白日梦,这种前景“远远超出了我们即将拥有的任何技术的能力范畴。”

为什么说人类永远都无法殖民火星?

屏幕截图:仍来自《宇宙威龙》(1990)

说到火星的地球化,还需要考虑物流的问题,以及敢于开展这样一个跨世代项目的地球工程师可用的材料。在2018年发表在《自然》杂志的一篇论文中,来自科罗拉多大学的Bruce Jakosky 和Christopher Edwards试图了解一件事情,那就是需要多少二氧化碳才能将火星上的气压增加到人类可以不穿增压服就能在其地表工作,以及将温度提高到可以让液态水在地表留存的程度。Jakosky 和Edwards得出的结论是,火星上根本没有足够的二氧化碳来进行地球化,未来的地球工程师必须以某种方式注入所需的气体才能做到这一点。

需要明确的是,地球化未必不可能,但所需的时间窗口和技术已经排除了在可预见的未来在火星上维系一个大型的、充满活力的殖民地的可能性。

在此之前,一个未地球化的火星对于冒险的先驱来说将是一个敌意环境的状态。他们首先要搞定强烈的辐射,这将会使殖民者面临持续的健康负担。

Horgan说,殖民火星面临多重大挑战,暴露在辐射之下就是其中之一。她说,这是个“包括那些在SpaceX的人在内的很多人都没有考虑得很清楚的问题。” 她说,生活在地下或有保护罩的基地可能是一种选择,但我们必须预期到,随着时间的推移,癌症发病率将会“增加一个数量级。”

Horgan说:“辐射防护只能做到这样了。我们可以量化大约一年时间左右的风险,但超长期的风险不能量化。问题是你不能永远呆在那里[即地下或基地]。一旦你到外面去做任何事情,你就会陷入困境。”

Horgan援引了《自然》杂志最近的一项研究,上面说火星上的辐射比我们想象的要糟糕得多,并补充说“我们还没有长期的解决方案,除非你想冒得辐射病的风险。”根据接触程度的不同,过度的辐射会导致皮肤灼伤、放射病、癌症以及心血管疾病。

对于我们可以在火星上创造人造环境(不管是拱形结构还是地下建筑)的这种说法,Friedman原则上表示同意。他说,辐射的问题有可以解决的可能性,“但其问题仍然很严重,从某种意义上来说,那是反人类的。”

在火星殖民地的生活会很悲惨,大家会被迫生活在用人工照明的地下基地,或者生活在受到严密保护的地面站内,极少会进入到户外。生活在这个封闭的环境下,进入到地表的机会有限,因为可能会导致与室内独特生活相关的其他健康问题,如抑郁症,缺乏刺激的无聊,无法集中注意力,视力不佳和高血压等——更不用说跟大自然的完全脱节了。和国际空间站一样,火星栖息地也很可能是一个微生物沙漠,只能容纳维持健康的人类微生物组所需的一小块细菌样本。

另一个问题与动机有关。正如Friedman先前所指出那样,我们看不到殖民者在南极洲或海底生活,那么为什么我们要期望大家想生活在一个更加令人不愉快的地方呢?那种地方似乎是生活在地球上的一个糟糕的替代品,而且显然也是生活质量的重大退步。甚至我们可以非常有力的证明,对于希望在火星上繁衍后代的火星殖民者家庭来说,这几乎是残酷的选择。

而且这假设的是人类可以在火星上繁衍,但这仍是个悬而未决的问题。抛开辐射对发育中的胎儿的有害影响,在在最小重力环境下生活还需要考虑概念问题。我们不知道精子和卵子在火星上会如何行动,也不知道怀孕的第一个关键阶段将如何进行。最重要的是,我们不知道低重力会如何影响母亲和胎儿。

Seidler 是人体生理学和运动学的专家,她说说人类在火星上的怀孕问题还是个未解之谜。她解释说,发育中的胎儿由于重力较低而很可能会处在子宫的高位,从而压迫到母亲的横膈膜,令母亲难以呼吸。低重力也可能会“混淆”妊娠的过程,延迟或干扰胎儿发育的关键阶段,比方说胎儿在第39周的入盆。在地球上,骨骼、肌肉、循环系统以及人体生理学的其他方面都是在对抗重力的过程中形成的。也许人体可以适应火星的低重力情况,但对此我们根本毫无头绪。人造子宫也许是一种可能的解决方案,但同样地,这也不是我们很快就能得到的东西,也不能解决与胎儿发育有关的低重力问题(除非将人工子宫置于离心机中来模拟重力)。

有充分有力的证据表明,在我们有更多了解之前,任何在火星上生育的企图都应该被禁止。在跟自己的最近距离也有3400万英里的星球上执行这样的一项政策完全是另一个问题,尽管大家希望火星社会不会倒退到无法无天,完全无视公共安全和既定的道德标准的状态。

对于其他的殖民者来说,火星的低重力长远看可能导致严重的健康问题。研究表明,宇航员参与长期任务如果持续时长超过一年,就会表现出令人不安的症状,其中包括骨骼疏松和肌肉损失、心血管问题、免疫和代谢紊乱、视力障碍,以及平衡和感觉运动问题,还有很多其他健康问题。这些问题可能不像在火星上的经历那样严重,再次地,我们对此还不知道。也许经过五年或十年、二十年不断地暴露在低重力环境下之后,类似的引力相关疾病才会出现。

Seidler对微重力影响的研究表明,这存在明显的可能性。

她说:“是的,由于其局部重力环境问题,在火星上会出现生理和神经的改变,目前尚不清楚这些变化是否会在某些时候达到稳定水平。我的工作表明,在微重力状态下,头骨内的大脑会向上移动,部分区域的灰质会增加,而另外一些区域则会减少,大脑的白质内部会发生结构性变化,而液体物质会向向头顶上方流动。

Seidler 说,这些变化当中一部分会随着暴露在微重力环境的持续时间(2周至6个月)而扩大,但她还没有研究过更长的时间。

为什么说人类永远都无法殖民火星?

插图:Philip K. Dick,《火星人的时光倒转》封面。(1964年,Ballantine Books)

她说:“其中一些影响最终必须达到稳定水平——比方说,头骨可容纳的液体量存在着结构性的限制。而神经系统的适应性非常强。哪怕感官输入有所改变,它仍可以“学习”如何去控制微重力环境下的运动。但同样地,目前还不清楚上限在哪里。”

她说,跟微重力环境相比,生活在局部重力环境下的影响可能不会那么严重,但在任何一种情况下,不同的感觉输入都会进入大脑,但那种方式肯定不像以往重力环境下所进行那样。这有可能会导致平衡感变差,运动功能受损,但研究也表明,在微重力环境下,宇航员最终还是能够适应的。

Seidler 说:“我们对微重力环境和局部重力环境对人体生理的影响还有很多问题尚未解决。我们还不了解安全或健康方面的影响。还有更多工作要做。”

经历了长时间太空行动的宇航员在返回地球的头几天都会过得很艰难,会出现恶心、头晕和虚弱等状况。一些宇航员,如NASA的Scott Kelly,会感觉像是换了一个人,认知测试得分会下降,基因功能发生改变。NASA的Scott Wood的工作表明,宇航员的恢复时间与任务的时长成正比关系——任务时间越长,恢复的时间越长。令人不安的是,我们还没有暴露在微重力环境下超过一年以上的数据,而数年甚至数十年暴露在微重力环境下对对人体的影响更是悬而未决的问题。

考虑到这一点,火星殖民者如何重返地球也是个未解之谜。这其实有可能是一段残酷的经历,尤其是在经历了这么多年的局部重力环境之后。在火星上出生的孩子(如果有可能的话)可能永远也无法再拜访回自己的物种起源的那个星球。

这些还只是我们认为可能会成为问题的健康问题。可能还存在许多其他问题,导致一些影响我们的大脑、身体和情绪健康的火星相关疾病。在火星上的人类寿命可能远远低于在地球上的寿命,不过再次地,对此我们根本就不知道。

最后,还需要考虑日常的生存问题。对食物和水等基本资源的有限获取,可能会进一步限制殖民地发展和繁荣的能力。

Horgan说:“建立起稳定的资源来供很长一段时间的生活是有可能的,但做到这一点会很艰难。我们希望离水和水冻冰块很近,但为此我们必须走很远的地方。但是你越往北走,地表的条件就越艰难。冬天很冷,阳光也变少了。”

为什么说人类永远都无法殖民火星?

插图:NASA

殖民者还需要稳定的食物来源,并想办法让植物远离辐射。火星上的风化土壤是有毒的,含有危险的高氯酸盐化学物质,因此也需要避免。为了种植庄稼,殖民者可能会建造地下水培温室。这种温室需要专用照明,专门为火星设计的转基因植物和大量的水,而后者难以在火星上采集。

Horgan 说:“大家并没有意识到这有多复杂。光是考虑殖民地建立成什么样子才能满足我们对安全的要求就是一个巨大的挑战。”

可能存在针对这些问题的技术解决方案,治疗火星特定疾病的医疗干预手段也不是不可能。但同样,这些我们不大可能在短时间内搞定。即使我们制订出针对生活中火星上的人的治疗方案,这些干预措施的作用范围也可能有限,患者可能会需要不断的护理和关注。

正如Martin Rees所指出的那样,火星和其他太空环境“对人类天生就怀有敌意”,但同样就像他在书里所写那样,

[我们](以及我们在地球上的后代)应该为勇敢的太空冒险者加油打气,因为他们将在带领后人类未来和确定二十二世纪及以后发生的事情方面发挥关键作用。

所谓的后人类未来,Rees指的是这样一个假设中的未来时代,在这个时代里,人类经历了广泛的生物和神经机械学上的修改,使得人类不再被归类为人类。因此,尽管平凡的智人仍然无法进入火星,但红色星球对那些敢于篡改自己及其后代的人是大门敞开的。

一个可能的解决方案是从根本上篡改人类的身体,使得火星殖民者特别适应在红色星球上的生活、工作和生育。正如Rees在《关于未来》中所写那样:

因此,由于他们会不适应自己新的栖息地,相对于在地球的我们,探险家先驱有更强烈的动机去重新设计自己。他们会利用在未来几十年内发展出来的超强遗传和机器人技术。大家希望,这些将在地球上将受到审慎和道德上的严格监管的技术,会对火星上的“定居者”网开一面。我们应当祝愿他们在改造自己的后代以适应外星环境方面取得好运。这可能是分化出新物种的第一步。基因改造还将得到机器人技术的助攻——实际上,也许会过渡到完全无机的智能。所以,正是这些在外太空翱翔的冒险家,而不是我们这些适应地球生活的人,才会成为后人类时代的先锋。

事实上,改造人类使其适应火星生活将需要强烈的改变。

我们的DNA必须专门定制,这样才有在火星上健康长寿的可能性。这种改造包括对肌肉、骨骼和大脑健康进行永久性的基因调整。这些特征可以变成具备遗传性,这样火星殖民者就可以将这些特征传递给他们的后代。在生物学不能胜任这项任务的情况下,科学家还可以利用神经机械学来增强,比如利用人工神经元或能够抵御危险的紫外线的合成皮肤。纳米技术以分子机器的形式提供药物,执行修复工作,并消除呼吸和进食的需要。总的来说,这些改变将导致一种全新的人类物种——也就是特意为火星打造的物种的诞生。

合成生物学家和遗传学家Craig Venter认为这存在着明显的可能性——而且是一个诱人的前景。Venter在2010年的NASA活动上曾发表过主旨演讲,他说,“为了长期太空飞行,也许还包括殖民其他世界而设计生物体,甚至设计人自己——没有太多东西能像这样能激发我的想象力。”

就像其他一些解决方案所提出那样,这很难,也不会很快发生。甚至可能都不会发生。这让我们想到了一个令人沮丧的前景:我们可能会被困在地球上。

为了长期太空飞行,也许还包括殖民其他世界而设计生物体,甚至设计人自己——没有太多东西能像这样能激发我的想象力。

正如Friedman所指出的那样,这带来了一些相当沉重的存在主义和哲学启示。他说,如果人类无法去到火星,那就意味着我们注定要成为“独一的行星物种”。更重要的是,这表明外星文明可能跟我们在同一条船上,“智慧生命扩张到整个宇宙中的可能性会变得非常非常暗淡。”

Friedman说:“如果我们无法去到附近的一个有大气层、水以及稳定表面的行星上(原则上来说我们应该是可以做到的)那我们肯定去不到更远的地方。但如果我们注定要成为单一的行星物种的话,那么我们就需要在心理和技术上认识到我们将只能在地球的范围内生活。”

说得好。我们最终可能成为一种行星间或跨星际的物种仍然是一个悬而未决的问题。我们必须努力使这个未来主义的前景成为现实,但在此之前,我们必须确保地球——我们所知道的唯一可居住的行星——依然如此。

译者:boxi。

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