火星为什么不能种植植物呢(我国发现火星“水”，未来或可使用，人类距离移民火星还差几步？)

Posted 2023-06-01

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火星为什么不能种植植物呢(我国发现火星“水”，未来或可使用，人类距离移民火星还差几步？)

太厉害了，我国祝融号火星车在火星上发现了新的有关“水”的证据！

2021年5月15日，祝融号火星车在北半球一个名为乌托邦平原的大平原上降落，旨在寻找古代生命的迹象，科学家们认为这里曾经有过一片海洋。火星车研究了该平原中的矿物质、环境和水冰分布，并将信息发送回了环绕火星飞行的天问一号轨道飞行器。

根据传回地球的数据，科学家们初步判断某个时间点火星处于干燥寒冷的时期，几乎没有水资源。而最新的证据表明，火星在那个时间点含有丰富的水资源，也就是说我国祝融号发现的新证据，表明水在火星上存在的时间比此前科学家们预期的要长得多。

2022年5月11日，《科学进展》杂志上刊登了一篇文章，详细介绍了祝融号火星车发现的这个新证据和相关研究。另外，这些发现还表明，在水合矿物甚至地面冰中可能储存有相当多的水，而这些水可供未来载人火星探测任务使用，甚至可以作为未来人类移民火星水资源的重要来源。

从人类目前对火星的探测程度来看，我们已经能够发射火星车对火星进行研究，那么未来人类想要移民火星的话，至少还需要完成哪些任务呢？下面我们一起来开开脑洞，聊一聊人类距离移居火星还有多远的路要走。

简单了解一下火星环境

火星是距离太阳第四近的行星，公转轨道位于地球公转轨道的外侧。火星的半径只有地球的一半左右，体积是地球的15%，而质量只有地球的11%，那么在火星上感受到的重力也小得多，只有地球上的38%。

与地球上覆盖着厚厚的大气层不同，火星表面的大气层非常稀薄，平均大气压强只有700帕，还不到大气压强的十分之一。大气稀薄也就意味着温室效应较差，无法锁住太阳光照射带来的热量，再加上火星距离太阳相对地球较远，位于宜居带边缘，这使得火星表面的平均温度低至零下55℃，而且温差跨度很大，达到了160℃。

从目前的探测结果来看，我们已经基本确定火星是一个毫无生机的星球。火星没有磁场，无法屏蔽太阳风的带电粒子，这让火星表面直接遭受宇宙辐射，是一个强辐射的环境；火星空气稀薄，而且引力只有地球的38%，那么火星上很容易形成大范围的沙尘暴，不过风力很小，只相当于地球上的微风拂面。

火星上没有液态水，表面极度干燥，到处都是由红色土壤组成的戈壁沙漠。两极覆盖的白色冰盖也不是固态水，而是大气中的二氧化碳冻成的干冰。至于说火星上可能存在水，指的是地下湖泊，很可能是以固态形式存在，还有一些是以水和矿物的形式存在。

火星表面呈红色，是因为土壤中含有大量的铁元素，铁元素与空气中的氧元素生成铁的氧化物，说白了就是铁锈，所以是红色的。土壤中含有氧化物也是火星过去存在水资源的证据之一。

总之火星上是一种极度干燥、非常寒冷、辐射强烈、沙尘暴肆虐、毫无生机的红色星球，没有生命，也不适合人类直接居住。

2021年10月，美国毅力号火星探测器团队在《科学》杂志上发表论文，宣布了火星探测成果。过了不到一个月，我国天问一号火星探测器科研团队，在科学期刊《伊卡洛斯》上发表论文，也发布了独立的探测成果，这两个团队都证明了火星上储藏着丰富的水。此次我国在《科学进展》期刊上发表的研究论文，再一次表明火星上存在水的证据，这些研究成果都指向一个方向，那就为人类移民火星埋下了可能性！

那么从目前探测火星的进度来看，人类还要经过至少几步才能移民火星呢？以下是一些开脑洞的内容：

第一步：采集火星样品并带回地球

以当前的技术，人类正处于发射火星车收集数据以及拍摄照片传回的阶段，如果参照人类探测月球的流程的话，火星探测的下一个任务应该是采集火星土壤样品并带回地球进行分析。而这项任务，世界上多个国家已经在进行规划了：

美国宇航局和日本宇航局相互配合，计划在2026年和2027年两年内，从火星和火卫一上带回样本，而且日本宇航局把火卫一样本返回探测器的科学仪器都已经造出来了。我们国家也计划在2028年前后，实施火星取样返回任务。

有人可能会问，人类在五十多年前就已经可以载人登陆月球，并轻而易举地将月壤带回地球，为什么火星探测的进度如此之慢，带回样品都要几年后才能实现？当然是因为从火星上取样要比登陆月球难得多！

月球距离地球为38万公里，而火星距离地球最近的时候也有5500万公里，而最远的时候达到了恐怖的4亿公里，是地月距离的1000倍还多。而且火星围绕太阳转一圈需要687天，地球的公转周期是365天，这导致从地球上发射火星探测器的时间窗口非常稀缺，26个月才出现一次，这也是各个国家扎堆发射火星探测器的原因，一旦错过了就要等待两年多。

距离远、发射窗口期稀缺导致火星探测器的发射没办法像探测月球那样频繁，而且探测器抵达火星后无法进行实时遥控，因为无线电信号往返地球与火星一趟至少需要20分钟，从地面发送一条指令，要10分钟才能抵达火星。

这还只是向火星上发射探测器的困难，那么从火星上返回的难度可想而知。从地球发射探测器需要至少7个月时间才能抵达火星，这使得运送物体到火星非常艰难。举个简单的例子你就明白了：

承载好奇号火星车的是宇宙神5-541重型火箭，核心推动部分包括了1个宇宙神-5型核心级、4个固定助推器和1个半人马上面级发动机，使用了5.4米直径的超大整流罩。该火箭的重量高达531吨，而负责运送的好奇号组合仅重3.8吨，运载效率仅为0.7%。而且好奇号组合体绝大部分重量是为火星车降落准备的，火星车核心部分仅为0.9吨。

如果想要从火星上带回样品的话，还要增加返回时所需要的载荷，这得需要多大运力的火箭才能完成！

但不管怎样，人类想要载人登陆火星以及未来移民火星的话，从火星上带回样品并进行分析这一步骤绝对不能少，所以说探测火星接下来的任务就是从火星上取回样品。只有对火星土壤样品进行分析，进一步了解火星环境和演变过程之后，才可以进行火星探测的下一步计划：载人登陆火星。

第二步：载人登陆火星

从火星上取回样品之后，下一步的计划就是载人登陆火星了，这可不是痴人说梦。美国的猎户座计划在2025年前后进行首次火星探测任务，并在2030年左右冲击载人探测火星任务；我国在2017年公布的航天规划中也提到，计划在2040年前后多次完成星际往返任务并探索人机协同深空探测技术，这意味着到那个时候，我国在地球与火星之间载人往返将成为一种常态。

载人登陆火星比发射火星探测器的难度要大得多，不仅需要更大的运力运送足够宇航员往返所需的物资，还要完整的生命保障系统维系宇航员的生存。我国神舟十三号航天员在空间站执行了6个月的飞行任务，就需要天舟三号运送6.8吨的相关物资，而前往火星所需的时间至少需要7个月，算上返回时间的话，至少要14个月，载人登路火星的难度可想而知。

不过令人兴奋的是，人类已经研发出新一代的重型火箭太空发射系统以及与之搭配的载人飞船，将人类送往火星并非幻想：

美国的猎户座载人飞船返回舱和推进舱总重达到了26吨，足以支持宇航员前往小行星带进行火星探测，其发射系统的运载能力，已经达到了土星五号的级别。俄罗斯正在研发下一代联盟-5型超重型火箭，该火箭拥有100吨以上的近地轨道运载能力，预计2025年前后成型。

总之在未来人类移民火星之前，载人登陆火星这一过程必不可少，其实空间站计划也可以算作星际移民的一部分，宇航员长期在轨飞行的的实验数据，可以为将来星际移民积累经验。

第三步：建造火星基地

从目前火星上的环境来看，人类是无法直接在火星上生存的，那里极度干燥、严重缺氧、高强辐射、温度极低，根本不适合人类长期居住，因此未来人类移民火星也不太可能直接生活在火星上，而是建造适合人类生存的火星基地。

那么要如何在火星上建立适合人类生存的密闭空间呢？总不能从地球上运送一砖一瓦以及生活物资前往火星吧，那移民火星还有什么意义呢？

其实以目前的技术以及短时间内可以获得的技术，人类完全有能力在火星上就地取材，创造出一个拥有氧气、水源和食物的生命保障系统，让人类长期定居火星。

首先是水源的问题：

火星上极度干燥并不是说火星上没有水，而是没有液态水。但是从目前掌握的证据来看，火星上存在大量的固态水或者水合矿物质。美国NASA在2018年时就已经发现了火星南极冰盖下1.5公里处，有一个直径大约20公里的地下湖泊。2021年6月，欧洲航天局“火星快车”轨道器传回的数据表明，火星南极周围有几十个雷达反射区，显示那里可能存在几十个地下湖泊。我国的祝融号火星车此次发现的证据，也表明火星上存在大量的水和矿物。

也就是说火星上的水虽然不是以液态的形式存在，但存在大量的固态水，我们完全有能力像采集矿石那样从火星地下采集固态水，再把这些固态水转换成人类生存所需的液态水，水资源的问题可以解决。

其次是氧气来源的问题：

其实有了液态水，氧气的问题也就容易解决了，直接电解水就可以获得氧气，这项技术我们已经完全成熟，空间站上航天员长期在轨生活所需的氧气，就是通过电解水来获得的。另外，电解水所需要的电力完全不用担心，火星上的光照足够太阳能电池板将其转化为电能，而且太阳辐射中的带电粒子，可以直接将水分解成水和氢气，不仅解决了水源问题，还可以把氢气当做能源来用。除了电解水，我们还可以充分利用火星大气中的二氧化碳，通过还原反应将二氧化碳制成氧气和一氧化碳。

第三是食物来源问题：

在火星上种植农作物并非不可能，火星上的光照足够植物生长所需。有水、二氧化碳、氧气和光照，建造一个农业大棚当然不在话下，在大棚里不仅可以种植农作物，还可以种植各种蔬菜水果。

有人可能会问植物生长所需的重力问题怎么解决？荷兰经济部曾与美国宇航局做过一次大型的零重力栽培实验，模拟火星土壤环境，栽培时间为50天，结果每颗种子都发芽了，而且绝大部分植物都长成的植株，也就是说在火星表面重力较小的环境下，种植植物完全没问题。

所以你看，就以人类当前已经拥有的技术，就可以设想出在火星上建造基地的方案，能做到就地取材，创造出人类生存所必需的水、氧气和食物等，建造火星基地是人类移居火星的最后一步。

结束语

我们目前对火星的探测虽然还处于初级阶段，但是载人登陆火星甚至移居火星都不是天方夜谭，以上内容就是结合当下的技术开的脑洞，相信未来人类完全有能力移居火星。

不过在此之前，人类探测火星还是要按部就班地进行，发射探测器收集火星数据、从火星上带回土壤样品、载人登陆火星以及建造火星基地等过程，一个都不能少，人类距离移居火星还有很长的一段路要走。

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