不现实,很荒谬?马斯克的火星计划遭天文学家质疑

科技 编辑精选
导读:马斯克的狂想:未来数以千计的人类星舰舰队将从地球出发,前往火星,随着成本下降,甚至普通人都有机会去火星工作,最终建设出一个百万人口自给自足的火星城;而在科学家眼中,“与让火星变得宜居相比,应对地球上的气候变化才是轻而易举的事。我们根本不应该把它(殖民火星)作为一个长期目标。”

让人类成为多行星物种,SpaceX未来20年要送100万人和数百万吨物资去火星,以建立一座火星城市,乃至未来对火星进行环境改造,使其变得宜居。这不是在写科幻小说,而是埃隆·马斯克再次对外宣扬要做的事。

从2007年马斯克公开提出想要带领人类殖民火星开始,这个“狂想”就不缺争议和话题性。一边是全球航天科技迷的狂热追捧,钦佩于其创办的太空探索技术公司Space X在商业航天领域所取得的一系列成就,包括火箭回收、猎鹰重型、Starlink、龙飞船以及目前在测试的世界上最大的火箭Starship,每一项都足够振奋人心,让大众对其火星计划也变得愈发相信。

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不现实,很荒谬?马斯克的火星计划遭天文学家质疑
另一边却是来自天文学家的质疑和警告,虽然Space X拥有值得被肯定的火箭技术,但殖民火星这种“狂想”根本就是一种“危险的幻觉”,从科学角度来看并不现实,“这是一个愚蠢而荒谬的想法”。

——从科学角度看,相对于火箭技术,火星殖民计划面临的问题要复杂得多。

从星舰到火星计划

4月7日,马斯克在星舰基地(Starbase)发表的最新演讲中,再次分享了SpaceX火星殖民的路径和计划,全程时而煽情时而摆数据,展望人类开启多行星文明纪元的未来宏图——伴随着台下阵阵欢呼和掌声。

火星殖民计划要靠SpaceX研发的最强火箭星舰(Starship)来完成。 星舰最初的设想可追溯到2005年,彼时,SpaceX刚刚成立不久,马斯克就雄心勃勃地提出要建造一种超重型火箭,名为“BFR”。 在之后的公司发展进程中,马斯克一步步完成了对猛禽火箭发动机、猎鹰9号、猎鹰重型火箭以及载人龙飞船等设备的研发和投入使用,发动机越来越强,火箭越造越大,载人业务也越跑越顺。

从2023年开始,星舰终于迈进整体综合飞行测试阶段。 这个直径9米,总体高度达121米的庞然大物,一级助推器安装有33台猛禽发动机,能够产生约7755吨的推力,二级星舰本身安装有6台猛禽发动机,可完全重复使用的“星舰”近地轨道运载能力高达150吨,在不考虑回收的情况下,有效载荷高达250吨以上。

2023年4月20日、2023年11月18日、2024年3月14日,SpaceX全球直播了星舰的三次跨大气层轨道飞行测试。前两次均在升空飞行阶段发生爆炸,要么是多联发动机出现故障失联,要么是火箭热分离后发生爆炸。第三次飞行测试中星舰终于成功进入预定轨道高度,后在返回地球阶段坠毁。但在马斯克看来,这些爆炸对于SpaceX来说并不完全是挫败,而是让他们更接近了成功的边缘,星舰的飞行测试表现一次比一次好,距离实际投入使用似乎并不遥远了。


看起来,SpaceX积累的实战经验让马斯克坚定了殖民火星的信心。截至2024年4月,Space X的成绩放眼全球商业航天是独一份:327次猎鹰火箭发射,291次成功回收着陆,261次的重复发射利用;载人龙飞船执行了45 次发射任务,成功将50名航天员送入地球轨道,把46人送进国际空间站;星链计划(Starlink)发射了超6000颗卫星在轨运行,为270万用户提供天基网络服务。

马斯克在最新的演讲中透露, 2 024年SpaceX预计将承担起全球大约90%的地球至轨道质量发射任务,中国将承担约6%的发射任务,而世界其他“部门”的总和仅占4%。

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星舰在测试成功后会继续改进,预计到第3代,火箭的总推力将达到10000吨,地球轨道运载能力将超过200吨且能完全重复使用。

在此基础上,马斯克开始畅想他的火星计划。

火星任务每26个月有一次发射窗口期(地球和火星较为接近,火箭燃料消耗最少)。马斯克粗算了一下,如果星舰每天发射10次、每次运载200吨,每两次火星发射窗口期之间能向近地轨道运送百万吨级的物资,向火星输送25万吨物资,这些物资将确保第一批人类能够在火星上进行开采、建设和种植,最终实现自给自足。此外,还有专门在轨运行的“加油版”星舰以及在火星本地制备推进剂的设施,保障火星之旅往返燃料补给。

马斯克展望未来20年,描述其“千舰齐发”的壮观场景,称星舰就是实现人类多行星生存和保存人类意识之光的关键, 数以千计的人类星舰舰队将从地球出发,前往火星,随着成本下降 ,甚至 普通人都有机会去火星工作,诸如大规模发电、矿物开采、水冰开采、推进剂制造、长期生命支持等大量建设工作,会开启人类火星创业之旅,最终建设出一个百万人口自给自足的火星城。

这个计划听起来无疑极为疯狂,也还停留在PPT里,但对于如今的马斯克和Space X而言,外界嘲笑声在减少,相信他是铁了心真要这么做的声音在增加。

如果有一天真的把这些科幻变成现实,“马斯克舰长”将成为推动人类成为多行星物种的先驱。不少网友表示,相比8年前还是PPT的星舰,这事儿似乎已经更靠谱了。

来自天体物理学家的冷水

人类大规模殖民去火星现实吗? 放眼全球,载人火星任务其实是很多国家航天机构计划中的事,并不稀奇; 稀奇的是要送百万人口上火星生活,目前仅停留在科幻层面。


马斯克关于火星殖民计划的演讲,更多聚焦于SpaceX的未来火箭技术和产能,但对于这么多人类怎么在火星上长期生存并没有太多细节,有的只是大面上的说法,比如火星极地冰盖下存在液态水,可以让火星变暖,增加大气密度,让大约40%的火星表面出现液态海洋,未来将它改造成类地行星等,这在正儿八经的天文学家看来有点扯。

近期,享有“皇家天文学家”崇高头衔的英国天体物理学家马丁·里斯(Martin Rees)就在采访中称马斯克的火星计划“不现实”。

马丁·里斯是研究类星体的权威专家,曾获得19所大学的荣誉博士头衔,获选多个科学学会的会士和学院院士,对宇宙微波背景辐射的起源作出了很多重要贡献,著有500多篇科学论文。

在他看来,马斯克是一个“非凡的人物”,有着“相当奇怪的个性”, 但他提到“与让火星变得宜居相比,应对地球上的气候变化才是轻而易举的事。所以我认为我们根本不应该把它(殖民火星)作为一个长期目标。”

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火星上可能会有一些人类探索者,就像科研人员生活在南极一样,但马斯克和其他一些太空爱好者所采用的大规模火星移民以逃避地球问题的想法,里斯认为这是“危险的幻想”。


一来,由于低重力和宇宙辐射等有害因素,我们人类的身体目前无法承受长期的太空旅行。发表在权威杂志《细胞》上的一项新近研究就以冷酷、科学的细节列出了太空环境对身体造成危害的多种方式,包括DNA突变、提升患癌风险以及损害免疫系统等。

而从地球抵达火星,以人类目前的宇宙航行速度最快也得200多天,且不论到火星之后登陆建设火星基地的时间。在相关医疗和卫生设备不充分的情况下,潜在风险可想而知,且这趟星际旅途如果不能大幅缩短,光是太空人长期生活在昏暗封闭空间中的压抑感和远离地球的心理恐惧感就足以令人抓狂。

里斯提议,相对于私营航天企业,政府必须“非常有安全意识”,他更多建议遥控机器人承担大部分火星探索任务,并在太空中吊装重型建筑结构,建设用于长期研究火星的空间站才是正途。

二来,我们应该先集中资源和精力解决自己在地球上造成的问题,然后再去扰乱另一个星球,毕竟,地球当下才是人类的生命摇篮。

日前,美国得克萨斯州国会女议员兼天体物理学专家希拉·杰克逊·李 (Sheila Jackson Lee) 也公开反对马斯克在火星上建立人类定居点的愿景。她批评马斯克浪费时间、资源和数十亿美元来规划火星殖民地,因人类无法真正在火星上长久生存,计划一个永久的人类火星殖民地是荒谬的。希拉表示很乐意与马斯克坐下来好好谈谈,向他传授星际旅行的“精髓”。

马斯克曾多次提及火星“地球化”改造计划,畅想通过提高火星大气温度使其变得更像地球,以便液态水能够存在而不是冻结,并且温暖环境更有利于生命存活,让火星逐渐变绿。NASA的很多科学家都表示,这几乎办不到。

基于NASA多种航天器收集回来的数据研究,科学家们表示,利用“地球化”技术使火星适合人类居住远远超出人类当前所拥有的技术能力,这里存在一个根本问题在于资源供应不足 :火星上没有足够的二氧化碳来创造一种新型大气层,以在靠近行星表面的地方捕获热量,尽管目前火星大气中二氧化碳含量约占到96%,但其大气层厚度仅有地球的1%。且由于火星表面重力比地球小得多,其大气层上界的气体分子还在不断逃逸。

领导NASA MAVEN任务(火星大气与挥发物演化任务)的科罗拉多大学博尔德分校地质学家Bruce Jakosky、北亚利桑那大学的天文与行星科学系教授Christopher Edwards合作的一项研究发现,即使可以释放火星两极冰盖中储存的二氧化碳,也不足以将火星大气压力提高1bar以上——这需要火星两极加热到温度高于水的熔点作为先决条件。

而要释放火星土壤中吸收的所有二氧化碳,则需要将整个星球加热至地表以下100米,这将需要大约10000年时间才有成效。

科学家在火星上观察到的大气逸散迹象表明,二氧化碳很难在火星上积累到足以产生星球变暖效应的量。他们承认,马斯克曾提议用核武器轰击火星极地冰盖以释放二氧化碳的想法可能会短暂提高火星大气压力,足以在星球部分表面上覆盖液态水,但他们推算液态水也会很快蒸发殆尽。

科学家推测火星的大气层从几十亿年前就已经开始流失,从而导致这颗星球从一个湿润、温暖的环境变成了寒冷干燥的不毛之地。导致这个变化发生的,可能是磁层巨变和太阳风影响,具体原因仍待考证。从经济角度考虑,太空站是比较理想的太空殖民手段,而对火星进行地球化改造,难度远不是制造星舰和发射火星探测器可以比拟的。

另外有人文学者表示,把百万人口送到火星太荒谬了,除了科学问题,还要考虑地球人的道德问题——在生存资源稀缺的情况下,火星城还没开始建设就可能要面临互相残杀。

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人类的浪漫情怀:火星

不管马斯克的火星殖民计划是否会如愿以偿,回顾整个人类对于火星的所有向往和探索,都是值得被肯定的,这是人类科技文明不断突破自身极限的见证。

载人火星任务不仅是科幻作品最常见的主题之一,也是20至21世纪人类太空科学及工程学的长期研究目标,人类使用空间探测器进行火星探测几乎贯穿了整个航天史,从人类刚学会摆脱地球引力时就开始了,直至今日,火星是太阳系中人类探索最多的天体之一,也是派出漫游车在外星漫游的唯一一颗行星。

由于火星总面积约与地球陆地一样大,太阳辐射只有地球的一半,且由于火星自身具备一些大气层,拥有冰与液态水的存在,是太阳系中最近似地球的天体,一直被认为是地球化可行性较高的近地行星,让人们充满打造第二家园的期待。

从1960年代美苏太空竞赛开始,就有多个探测器飞往火星,虽然早期大多数都以失败告终,但并没有降低人类探索火星的热情。1976年开始的NASA海盗号探测计划,是迄今最为成功的火星探测计划之一,之后NASA便一直引领着火星相关的科研探索。

2000年开始,火星探测漫游者计划开始大放异彩,人类得以实地考察这颗红色星球,勇气号和机遇号在2004年至2018年期间做了大量实地研究,后续交棒给好奇号和毅力号火星车,后两者不断返回大量宝贵数据。伴随着人类航天技术的成熟,陆续有超过30枚探测器到达过火星并进行多方位探索,为人类登陆火星打下了坚实基础。

NASA之外,2021年5月15日,在中国天问一号火星探测任务中,祝融号火星车成功登陆火星,中国成为第二个成功在火星上运行火星探测器的国家。

从各大航天机构公开的火星探测计划来看,2030年或有望开启载人火星任务的新篇章,不过这些国家队的规划听上去都不及马斯克描述的那样夸张和激进,都是在稳扎稳打中循序推进。

百万人口殖民火星的愿景不知道会不会实现,但人类踏足火星,可以肯定是早晚的事。

参考文献:

[1]https://qz.com/1345912/nasa-says-nobody-not-even-elon-musk-can-terraform-mars

[2]https://zh.wikipedia.org/wiki/SpaceX%E6%98%9F%E8%89%A6

[3]https://babylonbee.com/news/sheila-jackson-lee-asks-why-elon-musk-wants-to-colonize-mars-since-its-just-a-giant-ball-of-spaghetti-sauce

[4]https://futurism.com/the-byte/royal-astronomer-elon-musks-mars-plan

[5]https://futurism.com/neoscope/scary-space-travel-effects-body

[6]https://www.eurasiantimes.com/drone-pilots-are-the-new-aviators-ukraine-russia-race-to/

[7]https://www.usatoday.com/story/tech/science/2018/08/01/mars-terraform-nasa-elon-musk/878404002/

[8]https://news.sciencenet.cn/htmlpaper/20137249593834029618.shtm

[9]https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E8%BC%89%E4%BA%BA%E7%81%AB%E6%98%9F%E4%BB%BB%E5%8B%99

[10]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/10/488339.shtm

[11]https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E8%BC%89%E4%BA%BA%E7%81%AB%E6%98%9F%E4%BB%BB%E5%8B%99

来源: 科学中国

分类: 科技新闻

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