各国为什么要探索火星，火星改造能否成功，人类能否迈入太空文明

　　＂遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢闇，谁能极之？…＂
　　2000多年前，屈原在流放途中，在宗祠庙堂中看到了光怪陆离的天地，日月，神鬼壁画，不禁向苍天问道：＂远古之初，宇宙是如何运转的？天地未开之时，如何才能探究它的奥秘？白天黑夜混沌不明，谁能洞察它的原因？…＂，并一气写下了千古奇文《天问》。
　　2000多年后，我国科学家为了能解答当年屈原的疑惑，探究宇宙和生命的奥秘，就以此命名，向太空发射了＂天问一号＂火星探测器，经过7个月的旅程，成功到达火星，并于今年5月17日向火星表面投放了＂祝融号＂火星车。
　　一
　　别看火星是地球的近邻，以人类现有科技，也不是想去就能去的，每26个月才有一次飞往火星的机会，这是为什么呢？
　　我们知道，地球和火星都围绕着太阳旋转，当两颗行星隔着太阳，分别位于太阳两端时，地球与火星间距离是最远的，大概有4亿公里。
　　而当两个行星都飞到太阳的一端，地球，火星和太阳处于一条直线时，地球离火星最近，大概5500万公里，这时候人类才有机会登录火星，而这样的时间点，26个月才出现一次。
　　另外，就算离火星最近时，人类现在的火箭，也没法瞄着火星，按直线飞过去。通常，为了提高成功率，会采用所谓的＂霍曼转移轨道＂方式，曲线绕过去。什么是霍曼转移轨道？
　　我们知道，两点间的直线距离最短，有的人以为，到火星也一样，按最短的直线，直接飞过去就行了。
　　实际上，现在还做不到，因为现在的火箭，还在使用传统化学能源，动力不够，携带的燃料也不足，无法远距离飞行，通常只能把探测器送到地球轨道，火箭燃料就不够了。这时候，火星探测器会脱离火箭，自己绕着地球轨道飞行，飞到合适的位置，探测器利用自带的燃料，突然加速，摆脱地球引力，进入太阳的引力范围，绕着太阳飞行，就好像探测器也变成了一颗＂小行星＂。
　　因为事先经过精密计算，这时，探测器的飞行轨道，会穿越火星的飞行轨道，两个轨道会有一个相会的交点，因此只要计算正确，当探测器飞到相会点时，火星也正好赶到，然后探测器完美的被火星捕获，开始绕着火星飞行，成功实现了从地球到火星的全过程。
　　这种充分利用太阳，地球和火星引力，只消耗很少燃料，通过改变飞行轨道，实现远距离飞行的方式，就叫做＂霍曼转移轨道＂。
　　因为2年多才有一次探索火星的窗口期，所以每当机会来临，都会有许多国家，纷纷发射本国的探测器，试图一窥火星全貌。这次，和中国一同发射的还有阿联酋的＂希望＂号和美国的＂毅力号＂。
　　现在火星上可以说是＂热闹异常＂，天上，绕着火星轨道，正常工作的探测器就至少有8个。地上，行驶在＂乌托邦大平原＂的火星车，加上中国的＂祝融号＂，一共有4辆（另外3辆都是美国的，其中一辆搞火星内部研究，固定着不动）。
　　那么太阳系有8颗行星，世界各国为什么都对火星情有独钟？
　　二
　　这还要从46亿年前说起。太古之初，在混沌宇宙的深处，静静的漂浮着一朵七彩祥云，大约有10光年大小，散发出璀璨的奇异光芒。
　　这朵星云由宇宙刚诞生时所产生的氢元素，氦元素等气体，以及远古恒星死亡后散射出的固体尘埃所组成，在此已经不知多少岁月。
　　而离此几光年外，有几颗新诞生的恒星，正将猛烈的紫外辐射，不断照射过来。这些能量把星云中的氢元素电离，使之放出耀眼的红色光芒，（准确的讲应该是氢原子由激发态跃迁回基态所放出的光子）。同样的，使氧元素放出幽幽绿光，硫元素放出柔和的黄光，而尘埃物质则反射出深邃的蓝色，因此星云才释放出七彩光芒，斑斓美丽。
　　有一天，这片远古静谧之地，突然激起一阵波澜，云气剧烈扰动起来， 波谲云诡，
　　风起云涌。原来，距此1千光年外，一颗巨大的恒星走向了生命终点，发生剧烈爆炸，光芒如此耀眼，以致于整个银河系都能看到，而这颗超新星爆发所释放的能量，也波及到了七彩星云所在的地方。
　　受冲击波影响，原本飘散在各处的元素和尘埃，都向星云的一小块地方聚集，日积月累，它的密度越来越大，其中包含的各种物质，因为引力的作用，紧紧吸附在一起，体积不断收缩变小，终于有一天，承受不住压力，塌陷成了一团超高密度的浓缩星云团。
　　在之后的五千万年中，云团的各种原子激烈碰撞，不断将动能转化为热能，使核心温度逐渐升高，内部压力也越来越大。
　　仿佛冥冥之中听到了召唤，＂要有光…＂，突然有一天，云团中央忽的一闪，紧接着出现一道刺眼的白光，它犹如一把利剑，要把整个星云劈开似的，光芒照亮了整片苍穹。原来是其中的氢元素，在高温高压的作用下，发生了核聚变，整个云团被彻底点燃。从此，宇宙中又多了一颗璀璨的恒星，它的名字叫太阳。
　　而剩下的物质，开始绕着太阳轨道旋转，又经过不断凝聚，碰撞，合并，最终形成了太阳系八大行星。其中的氢元素等气态物质，因为太阳风和热量的缘故，会在远离太阳的地方，形成以木星为代表的气态行星。而固体尘埃因为熔点高，不易挥发，所以在靠近太阳的轨道，形成以地球为代表的岩石行星。
　　太阳系形成后，八大姊妹星就此走上了不同的演化之路。其中，火星和金星，因为离太阳位置适中，组成成份又和地球相似，一直被给予厚望，认为上面可能有生命。
　　一开始，科学家最看好的，不是火星，而是金星，因为金星大小和地球差不多（火星质量只有地球的十分之一），又有大气层包围，几乎就是地球的翻版。直到上世纪60-70年代，发射了40多颗探测器后才震惊的发现，原来这40多亿年，金星竟然点错了进化树，由一个碧水蓝天的美丽星球，变成了恐怖炼狱。地表温度达到了惊人的400多度，大气压是地球的92倍，相当于海底900多米的压力，这样看来，就算派核潜艇去登陆估计都够呛。
　　顺便说一下，水资源在宇宙中其实非常普遍，含量非常多，主要是因为星云中富含有大量的氢元素和氧元素，彼此发生反应就会形成水分子，在低温条件下，以水冰的形式存在。
　　事实上，宇宙就像一个取之不尽的宝库，所蕴含的各种元素极其丰富。而这些物质的产生，主要分两个阶段，第一个阶段是宇宙大爆炸时期，当时产生了巨量的氢元素和氦元素，占了宇宙总物质的90%以上，而氢元素是构成恒星的最主要成分。
　　第二阶段是当大量氢元素和少量其他物质形成恒星后，在高温高压下产生了核聚变，有些会最终爆炸，生成我们熟知的，元素周期表中几乎所有的元素。因为宇宙无限广大，恒星数量又以亿兆来计算，因此生成的各类元素充斥着宇宙的各个角落，在一定条件下就会发生反应，变成我们熟知的各种物质，比如水分子，氧分子等。所以太阳系外，适合人类生存的星球绝不在少数，只不过宇宙太大，我们无法找到，也无法到达罢了。
　　继续之前的话题，每个行星在诞生初期，不论是星云凝聚阶段，还是与其他彗星相互碰撞，都会带来大量的水元素，有些是固态的水冰，有些是液体水，金星也不例外，金星早期和地球一样，也是一颗有着广阔海洋的蓝色星球，但是不知道为什么，后来金星表面的海洋神秘消失了，（有人认为是小行星撞击导致的，也有人认为是因为金星没有磁场，水分子在太阳风的作用下，逃逸掉了），结果导致海洋中的二氧化碳被大量释放到大气层中，产生了严重的温室效应，最终使金星成了太阳系中温度最高的行星。
　　无奈之下，科学家只得又把目光投向了火星，可能是降低了预期，后来虽然发现，那里比地球上最荒芜的沙漠还要荒凉，但至少按人类现有科技，火星是太阳系中，唯一可能移民的行星。
　　三
　　火星，我们肉眼观察，它是天空中最红的一颗行星，之所以红色，是因为火星表面布满了铁锈。当年，火星的海洋和湖泊干涸后，留下了大量铁和其他金属元素，慢慢氧化，形成了丰富的赤铁矿，遍布在地表尘埃中。又因为那里常年刮着沙尘暴，（火星的大气压极低，大概只有地球的1%，非常容易形成超级飓风），卷起这些红色物质，漫天遍野，所以整个星球看上去都是红色的。
　　同样的，火星上也有一年四季，那里的夏天最高温度20多度，冬天就比较寒冷，最低温度达到零下143度。不过，火星的赤道地区，常年20-30度，还是非常适合人类定居的。另外，火星的地形非常奇怪，南北半球，天差地别。北半球大部分是一望无垠的平原，而南半球则基本是高山和峡谷，那里还有整个太阳系最高的山峰，奥林帕斯山，比珠穆拉玛峰还要高3倍，这样看来，想到火星移民，早点去占个好位置还是非常关键的。
　　研究还发现，火星上还保留了相当可观的水，一部分转入了地下，另一部分在火星两极的冰盖中。
　　总体来说，那里的条件比月球要好的多，每天也有24个小时（比地球时间稍长一点），有适宜的温度（赤道地区），有地下水，有稀薄的大气层（主要成分是二氧化碳）可供生成氧气，人类穿个宇航服，就可以在火星生存了。
　　但毫无疑问，人类去那里，不是为了带个透明头盔，拍照旅游的，这个环境条件，离大规模移民还相距甚远。
　　火星有两大缺陷，首先是温度太低，虽然赤道地区温暖如春，但整个火星的平均温度只有零下63度，导致了大量的水和二氧化碳都冻成了固体，严重影响生态系统的运转，这个问题待会在具体聊。
　　第二，火星缺少磁场。磁场这个东西，平时看不见摸不着，感觉无关紧要，其实却关乎一个星球的兴亡，为什么这么说，我们就拿火星为例。
　　火星在诞生初期，和地球一样，在地心深处，也有一个金属构成的地核，主要成分是铁，因为内核温度极高，铁融化成了液体，在地核与地幔之间对流，金属液体的不断流动，就产生了电流，而有了电流就自然会产生磁场，所以火星当初也有一个和地球类似的磁场，并维持了30亿年。
　　直到10亿年前，因为先天不足（火星体积太小），内部蕴含的能量耗尽，火星的内核慢慢冷却了，金属液体的流动也渐渐停止，电流消失了，磁场也就跟着一起消失了。
　　磁场最大的作用，就是保护大气层。太阳在给我们光和热的同时，还会释放一种叫太阳风的东西，主要是一些带电粒子，比如氢离子，氦离子等，这些离子都带有很高的能量，吹向行星大气层，会把部分能量，转移给大气层的气体分子，让这些气体分子获得更高的动能，从而脱离行星引力，逃逸到宇宙中去。
　　火星就是因为磁场消失了，所以在太阳风的不断侵蚀下，大气层慢慢被剥离的只剩下一点儿。而地球有磁场保护，可以让太阳风的带电粒子，在磁场中偏移方向，远离地球大气层。
　　好在，大气层的剥离过程相当缓慢，火星经历了10亿年的太阳风冲击，现在还有一层薄薄的大气存在。所以就算没有磁场，也不影响人类雄心勃勃的火星改造计划。
　　四
　　对于火星改造，科学家有个设想，可以分几步走，
　　首先，提高火星温度，既然火星上有足够的水和二氧化碳，只不过温度太低，都被冻成固态，那我们就想办法提高火星温度，让冰雪消融，土壤和岩石中的二氧化碳重新释放到大气中。
　　至于如何提高温度，特斯拉创始人马斯克的想法是，在火星上投掷一万颗氢弹，这样就能快速升温，当然，这只是一家之言，估计没有哪个政府敢这么干，万一有那么几百颗没爆炸，留下巨大隐患，可不是闹着玩的。通常主流的观点是，在火星上建大量会排放温室气体的工厂，日积月累，缓慢提高火星温度。
　　第二步，一旦温度上升到冰点以上，大量融化的水汽和二氧化碳，就会进一步制造温室效应，同时，各种气体还会提升大气厚度，提高火星压力，使之与地球的温度和大气压力相似。
　　第三步，这时候，火星已经有了广阔的海洋和湖泊，水在强烈的太阳辐射下，会生成氢元素和氧元素，这样大气中会拥有少量的氧气。再把地球上的蓝细菌，也就是俗称的螺旋藻，引入火星。
　　当初，地球上还没有多少氧气时，就是靠螺旋藻的光合作用，大量释放出氧气，后来才促成了寒武纪生命大爆发。科学家希望把在地球上的演化过程，在火星上再重演一遍。
　　等有了氧气，一切就好办了，地球生命所需的一切条件，在火星上都已具备，人类将正式迈入太空文明，成为多星球物种。
　　这绝非天方夜谭，按现有科技确实也能做的到，据中国探月工程首任首席科学家，欧阳自远估计，整个改造过程大概需要两三百年，之后人类就可以不穿太空服在火星上自由生活了。
　　五
　　本文最后，有些感触，也想借此机会和大家聊一下，
　　关于火星改造能不能成功，关键绝不在科技水平，事实上，人类现在对宇宙的研究，还非常浅薄，许多观点，都只是假说，包括本文所写的内容，只是现在主流的观点而已，是否正确，谁都无法肯定。
　　同样的，对于火星改造，科学界也有不同的观点，但有一点可以肯定，那就是改造火星这样的世纪工程，单靠一个国家或组织是无法完成的，因为其花费必然是天文数字， 必然需要全世界各国共同努力，有钱出钱有力出力。而当今的国际现状却是，美国已经立法，禁止航空航天局（NASA）与中国进行任何合作。
　　美国处处防着中国，两个航天大国不能携手，人类近些年想要火星改造，肯定没戏。
　　那等个几十年，等人类科技再发达一些，在动手改造，是否可行呢。
　　想说的是，人类的科技水平，并不都是稳步上升的。有时候，经过一个周期，技术水平可能会下降。
　　远的来说，明朝初年，郑和下西洋，已经可以建造长146米，容纳上千人的＂巨轮＂，可是到了200年后的清朝中期，却只能造最大23米的船。
　　近代苏联时期，太空技术可以和美国展开太空争霸，和平号空间站更是技术实力的巅峰，连美国都只能望其项背，可是当苏联解体后，和平号空间站不得不接受销毁的命运。
　　美国也一样，上世纪60-70时年代已经可以实施载人登月。前些年，前总统特朗普宣布美国要在2024年重返月球。这都快到期了，也没看到有什么动静。
　　所以说，科技的突破，往往都会有一个机会窗口，抓住这个时机，文明就能迈上新的台阶，而一旦错过，因为技术，人力，财力，形势等发生变化，将来想要重新发展又要走很多弯路。
　　这些年火星探索非常热，各国都在开展火星研究，命运又为人类打开了一扇火星的机会窗口。但我们并不知道，这扇窗会打开多久，何时又会关闭，希望人类能抓住这次机会，否则又不知道要等多久，才会重新开启。