文/记者 梁孔丽
 

　　11月25日，《火星救援》开始在全国公映，影片讲述了2030年美国国家航空航天局(NASA)实施了载人登陆火星的任务，突如其来的沙尘暴使宇航员们不得不紧急撤离，然而队员马克·沃特尼(Mark Watney)因为意外被留在了火星上，经历了一段孤单漫长的生活。期间，他利用身边的材料搭建温室种土豆，想办法与地面取得了联系，最终在NASA的努力和世界各国科学家的协助下，成功返回地球。

　　在太阳系中，火星被认为是自然条件与地球最为接近的，因而，人们一直希望能够了解这个星球，这对人类地球目前面临的问题、开发新的生存空间具有重要意义。然而，像主人公一样成为火星的“移民者”并不容易，这其中要克服诸多困难。

　　水和氧气

　　影片中，马克对自己需要的热量和水每天都精打细算。由于没有物资补给，他制作了一套再生水回收系统，收集舱内的水气循环利用。

　　水是生命的源泉，目前人类还没有发现火星上有能够直接饮用的水。从地球上大量运输到火星对技术、成本要求都很高。火星上有一些水冰，人类可以利用其提取生存所需要的水。不过最近NASA发现的火星液态水是含有高氯酸盐的有毒卤水，而且分布也不算广，在这方面恐怕还要再继续研究。

　　既然火星上的水不能直接使用，又不能从地球上大量输送到火星，再生水回收系统就变得非常重要。目前，国际空间站已经在使用这样的系统，这种被称为“水膜”的净水装置，利用纳米技术和调节生物体水分的蛋白质技术，能够把汗液、尿液等废水转化为饮用水。对于该系统，有航天员形象地说，在国际空间站上，自己今天喝的咖啡来自昨天喝下去的咖啡。

　　影片中，马克出舱活动时都要带上氧气，有一回他遭遇了头盔破裂，氧气含量急剧下降。如何获取氧气这将是人类未来登陆火星后的重要问题，因为离了氧气我们一时都活不下去。火星上的空气只有地球的0.7%，其中大部分是二氧化碳，未来如果人类要在火星上长期生活，可以通过电解的方式，获取水分子中的氧气和氢气。目前，这种制氧设备已经在国际空间站得到应用，产生的氧气可以用于人类的呼吸，氢气可以进入水循环系统。

　　恶劣的自然环境

　　太阳系中充满了太空辐射，威胁人类的健康。在前往火星的路上，航天员将面临两类辐射粒子，一种是银河宇宙射线，虽然它的剂量比较低，但却长期存在、能量高、穿透性强，普通的飞船外壳难以阻止它们;另一类是太阳耀斑和日冕物质抛射时产生的太阳高能粒子，能量比前者要低得多，持续时间较短，飞船外壳可以有效防护。

　　未来的载人火星飞船可设计一间太阳风暴庇护所，让航天员躲避危害。到达火星后，由于没有大气层，活动时会受到带电粒子和射线的伤害。“好奇号”火星车上专门搭载了一台辐射评估探测器，用于测量飞船内部的高能粒子辐射环境，为人类的火星旅行提供基础数据。测算显示，航天员在火星上接受的累计辐射剂量，相当于每星期接受一次全身CT扫描。

　　虽然火星与地球环境类似，但其自然环境还是比较恶劣的，除了前面提到的空气稀薄，没有氧气、水源外，那里还十分干燥寒冷，年平均温度在零下60度。电影中我们看到男主角开着火星车在外面行驶时，冷得直打哆嗦，犹豫要不要开暖气，在最冷的时候温度可以达到零下120度。

　　另外，不得不提影片一开始袭击大家的沙尘暴，这在火星上也是很常见。火星沙尘暴有时候一刮就是一个月，整个区域甚至全球都是遮天蔽日，含沙量也大，对人类的生存、对各类设备的威胁很大，我国北方的沙尘暴跟火星的相比简直是小打小闹。

　　目前人类在地球外单次生存的最长时间记录是前苏联宇航员，共500多天。回到地球后，宇航员的身体并未发现什么异常。不过长期的地外生活，人体确实面临比较大的考验。大家可能会留意到影片里的一个桥段，太空中的宇航员在跑步机上锻炼。太空是一个微重力环境，在火星上，虽然比太空中的重力大，大约是地球的37%，属于低重力环境，跟地球还是有一定差异。爱美的姑娘可能很开心，离开地球后自己的体重减少了很多，但是长期生活在其中的话容易患上软骨病、骨质疏松等疾病。目前在太空中的宇航员需要通过营养搭配、服用药物、加强锻炼等方式，防范这些问题的发生。

　　光是到达火星，人类就要经历漫长的7个月的时间。从离开地球表面开始，人类就将面临严酷的自然环境，不过随着科技的进步，相信科学家可以找到办法解决这些问题。

　　开垦火星

　　影片中，马克改造出了一片菜地，种植土豆获取食物。不过为什么Mark要把自己的粑粑和到土里呢?

　　原来，植物生长所需要的某些特定养分只能通过微生物来提供。火星的土壤成分与地球土壤基本相同，但是火星表面没有微生物，也没有腐殖质(已死的生物体在土壤中经微生物分解而形成的有机物质)。

　　马克把大家留下来的脱水粪便找了出来，虽然完全不含微生物了，但还有蛋白质。他在容器里加水把粪便和开，还加了一点自己的粪便，这样，微生物在接种后开始大量繁殖。但是仅仅有粪便还不够，他又加入了地球土壤，让其中的微生物感染火星土壤。一周之后，火星土壤就被改造成充满微生物的地球土壤，可以生长作物了。

　　改造火星土壤是个不错的主意，不过要想大规模种植农作物恐怕得考虑一下成本问题。目前将一公斤的有效载荷运到国际空间站就需要1万美元，从火星到地球需要飞行更久，这个投入是非常大的。

　　要大规模改造火星土壤、种植农作物还需要大量的水，这又要考验提供水源的能力。另外，还有空气，不光是人类需要呼吸，植物也一样，火星的温度也不适合直接种植作物，未来可能需要像影片里一样建造温室制造局部的类地环境，作物才能生长。一句话，在火星上开荒种地可不是简单的事，要在火星上长期生活、自给自足还有很长的路要走。

　　目前从地球到国际空间站输送食物，两天就可以到达，而到火星需要7个月才能送达。因此，找到能够适应火星环境的作物种类，在火星上种植获取食物，不仅能够为以后登陆火星的航天员提供足够的营养，还能大大减轻从地球上运送物资的重量，降低载人登陆火星的技术风险和经费成本。而在今年，国际空间站已经成功栽培出了新鲜蔬菜。蔬菜的开发潜力很大，通过有色光线就能控制其生长。

　　人类何时才能登陆火星

　　火星是太阳系中唯一有可能在改造后供人类长期居住的星球，虽然人类已经有能力登上月球，但是由于火星的距离远、引力大等特点，人类依旧要解决不少技术难题才能实现登陆的可能。未来可能要经历无人航天器的着陆与返回、载人航天器的环绕飞行等一系列铺垫后才能进行载人登陆。

　　可喜的是，随着载人航天技术，特别是重型运载火箭和新一代载人飞船的性能有了显著提升，美、俄、欧等各个航天大国很早就制定了载人登陆火星计划，一些民营航天企业也将载人登陆火星作为长远发展目标。预计在21世纪上半叶，人类将实现登陆火星的梦想。中国也正在进行火星探测的计划，今年11月，我国的火星探测器模型首次亮相，预计在2020年，这款探测器将前往火星执行探测任务。

　　探测火星充满挑战，受到政治、经济、技术等诸多因素的影响，虽然面临很大的困难，但它是全人类的共同梦想。在影片中我们看到在各国的协助下，马克被成功接回地球。未来首次登陆火星表面的，很可能是多国合作的航天员乘组。

　　实现载人登陆火星后，人类可能继续建立火星前哨站、改造火星环境、移民火星等工作。在未来，《火星救援》中的情景将不再是科幻。■

　　感谢北京大学地球与空间科学学院教授焦维新作为文章科学顾问

　　Tips

　　火星基本情况

　　○大小：直径6794km，是地球质量的11%、体积的15%

　　○表面引力：3.72 m/s，地球的37%左右

　　○卫星数量：2颗

　　○距离太阳：22794万千米

　　○距离地球：最近距离约5500万公里，最远距离超过4亿公里

　　○运动周期：公转需687天，自转需24小时37分22.6秒

　　○地表：砂石、砾石遍布，几乎没有液态水体

　　○大气：大气以二氧化碳为主，稀薄又寒冷

　　○温度：平均温度-62℃，最低温度接近-126℃，夏季温度为20℃，较适宜人类