探索火星前世今生，未来火星城市图景曝光，超震撼

　　＂天问一号＂探测器按计划将于5月至6月择机实施火星着陆，执行我国首次火星探测任务，开启一段全新的旅程。＂天问一号＂不但寄托着中国人的星际探索梦想，还要将人类持续了61年的火星探索，推向新的高度。
　　火星与地球几乎同时诞生，形同姊妹，似乎有机会成为＂另一个地球＂，但如今地球生机勃勃、活力四射，火星却寒冷干燥、满目荒凉，漫天沙尘将天空染成淡淡的红色，成了一个近乎死去的世界。火星上究竟发生了什么？为何与地球命途迥异？我们又为何要向它不断进发？今天，「哈工创投」带您系统了解火星的前世今生、天马行空的火星造城计划以及火星生存的艰难险阻。
　　火星探索
　　截至2021年3月，人类共执行了51次火星探测任务，这些探索已经让火星的面貌和历史变得愈发清晰。
　　图 | 人类火星探测任务汇总（来源：星球研究所）
　　碰撞时代
　　大约46亿年前，年幼的太阳系里尘埃微粒正在聚集，无数石块、星子、行星胚胎横冲直撞结合成更大的岩石星球，原始火星就这样诞生了。紧接着过了大约2亿年，另一个行星胚胎与原始火星相撞，火星的样貌从此大为改变。这次撞击引起了剧烈的岩浆活动，使得火星地势南高北低，南半球以高原地形为主，地壳较厚，北半球以平原地形为主，地壳较薄，人们称之为＂地壳二分性＂。
　　图 | 火星全球影像，图中的大型沟壑地貌为水手大峡谷（来源：星球研究所）
　　此后，一系列大规模撞击事件仍然持续不休，又在南高北低的大背景上，制造出一系列巨型撞击坑，在北半球，若干个巨型撞击坑彼此相近，碰撞产生的熔岩首先在坑底冷却，然后又被泥砂石块逐渐填平，融合成规模惊人的北方大平原，其中，乌托邦平原是火星上得到确认的最大撞击坑，直径超过3300km；而在火星南半球，大小不一的撞击坑遍布地表看起来伤痕累累，海拉斯平原是南半球最大的撞击坑，也是火星地表最深的撞击坑，东西长度超过2500km，南北长度超过1400km，最大深度超过7300m，几乎可以＂放入＂整个青藏高原。
　　图 | 火星地形示意图（来源：星球研究所）
　　纵观火星的碰撞时代和随后的历史，火星上撞击坑的数量和规模都十分惊人，直径超过1000km的撞击坑已有5个得到确认，直径超过1km的撞击坑更是超过了38万个，数量远超地球。
　　图 | 火星与地球撞击坑数量对比（来源：星球研究所）
　　这些或大或小的疤痕仅仅是碰撞对火星外表的改变，更加深远的改变发生在火星内部，撞击产生的能量使火星内部变得活跃异常，开启了塑造火星的第二个时代。
　　火山时代
　　至少40亿年前，熔岩开始从火星地下大规模喷出，宣告了火山时代的到来。在火星的赤道附近，不断喷发的火山令熔岩在地表反复流淌，竟然形成了一个占火星表面积约25%的巨型火山高原：塔尔西斯火山高原。
　　图 | 塔尔西斯火山高原地形示意图（来源：星球研究所）
　　火星的火山时代大约持续到距今30亿年前，从那之后火山喷发变得更加断断续续，规模也大为减小。火山熔岩管道顺坡而下，向山脚的平原延伸开来，逐渐拥有了像河流一样曲折的形态，似乎在暗示火星的火山时代里还隐藏着潺潺的流水。
　　流水时代
　　在火星诞生之初，水分子与尘埃共同汇聚，大量的水被＂封禁＂在星球内部的岩石里。在碰撞时代和火山时代，岩浆将水蒸汽不断宣泄到大气，当温度稍稍下降，蒸汽凝结成雨，雨水第一次降落这颗星球，宣告了流水时代的到来。
　　图 | 意大利埃特纳火山喷发后的烟柱，火山喷发不仅产生大量的火山灰，也将巨量的水蒸汽释放出来
　　迄今为止，人类已经在火星上发现了许多流水时代的实物证据，2004年，机遇号火星车发现了＂小蓝莓结构＂：一种由含铁矿物构成的球状结核，散落在火星撞击坑的地表。＂小蓝莓＂的起因是在气候湿润的时期，地下水流经地下岩层，一些溶解矿物聚集沉淀，将周围的岩石颗粒粘合成结核，经过一系列化学变化后，不稳定的钙质结核转变为较稳定的铁质结核，在岩石遭受风化破坏后散落一地。
　　图 | 被称作＂小蓝莓＂的火星含铁矿物结核，由赤铁矿构成，直径若干毫米（来源：星球研究所）
　　人们根据对地球地貌的认识，与火星的地表现象进行对比，推演出属于火星流水时代的溪流汇聚、江河奔涌、波涛拍岸。大约40亿多年前的火星，雨水在高地汇聚，经过树枝一般的溪流网络，汇聚成主河道。河流裹挟泥沙，继续流淌在火星高地上，切割出壮观的峡谷，长度动辄达到数千千米，深度亦常有数千米。
　　图 | 陶马西高地南侧的瓦伊格谷河道系统（来源：星球研究所）
　　当河流流出高地，来到地势低平的平原区后，它们开始在大地上蜿蜒，留下复杂多变的河曲，将泥沙堆积在河道内，它们转变为岩石后，又从强烈的风化破坏过程里幸存在地表凸显出来，在一些低洼的地区汇聚形成湖泊与海洋，泥沙则在岸边堆积成三角洲。
　　图 | 火星杰泽罗撞击坑边缘的三角洲，毅力号火星车正在这里寻找火星古代生命迹象（来源：星球研究所）
　　更多的三角洲则分布在北方大平原周围，似乎在暗示：一个古老的火星海洋曾占据了流水时代的北半球低地，而那些大大小小的撞击坑则成为湖泊的所在地。但不同于地球，火星的江河湖海没有持续到今天，大约25亿年前，火星的流水时代逐渐结束，液态水逐渐冻结、消失。
　　死亡时代
　　今天的火星上，流水几乎不复存在，只有一些残留的水冰分布在部分撞击坑、两极冰盖和地下。
　　图 | 火星北极附近的克洛罗夫撞击坑中残留大量水冰，直径约82km（来源：星球研究所）
　　为什么火星经历了碰撞时代的动荡不安，经历了火山时代的烈火熔炉，经历了流水时代的奔流不息，却最终迎来了死亡？我们或许可以从地球与火星的地形差异中获取一些线索。
　　在地球上，规模巨大的洋中脊和火山链，年复一年地喷薄岩浆，将地球内部的物质不断带到地表，更新地球表面的大气、水和岩石，延绵数千千米的线性山脉，在地质历史中起起落落，共同见证着地球板块运动的生生不息。
　　但在现代火星上，人们几乎找不到类似的地貌，这里的火山分布零散，缺乏线性的火山链和洋中脊，就连线性的碰撞山脉也几乎不存在，无法证明存在活跃的板块运动，原因可能仅仅是因为火星的身材太过娇小。
　　图 | 地球与火星大小对比示意图（来源：星球研究所）
　　在冰冷浩渺的宇宙中，娇小的火星既无法提供足够的放射性元素在星球内部衰变产生热量，也难以留存碰撞时代遗留的热能，内部冷却程度远甚于地球，以至于无法支持活跃的板块运动。距今约37亿年前，或许是因为火星地核温度太低，或许是因为某次撞击事件干扰了地核，火星的全球磁场逐渐消失，太阳风得以直达火星大气层，将大气分子＂吹＂进太空。
　　图 | 太阳风破坏大气层原理（来源：星球研究所）
　　当时间来到距今约30亿年前，火星的巨型火山活动渐渐减弱，内部物质难以来到地表，大气层和地表水逐渐失去补充，在随后的岁月里，60%以上的火星大气竟因此消失。大气愈发稀薄，气压和温度双双下降，液态水冻结在两极附近的地表和地下，偶尔升华产生的水蒸汽也会很快被太阳风破坏带出火星，沙漠开始在火星广泛出现，庞大的沙丘在地表蔓延。
　　图 | 火星沙丘，颜色为人工添加的假彩色（来源：星球研究所）
　　火星的死亡时代从距今25亿年前延续至今，整个星球的表面陷入沉寂，所有曾经的动荡与迸发的力量，都已被埋藏在时光的深处，它用自己最残破的姿态迎来了地球人类的探索。
　　火星造城
　　近日，全球建筑师事务所 Abiboo 和众多科学家、学者组成的国际团队根据最新的科学研究，设计出一份＂火星生活规划＂，它从环境搭建、生产制造，到日常起居，勾画出了一副高可行性的未来火星城市图景。
　　垂直城市
　　根据＂火星生活规划＂，整个人类居住的空间，一共有五个城市。它们的首都，被称为「女娲」（Nüwa），灵感来源于中国神话中的人类之母。最特别的地方，莫过于它将成为一座「垂直城市」。
　　「女娲」将被制造在名为 Tempe Mensa 的火星悬崖边上，一栋栋建筑将被错落有致地安插在平坦的崖壁内，从远处观望，它们就像一个个闪亮的洞穴。很显然，这样做是因为火星环境太恶劣，把房子建在崖壁上，不仅能够减弱大气压力，还可以保护居民免受辐射和陨石侵扰，又能轻松地晒到太阳。
　　每个建筑入口都会装有「空气淋浴」，进来的人们需要清洁和消毒，以保护自己的健康。每个模块都会配有大型的透明圆顶屋檐，这里将是人们的社区公园，可以进行各种娱乐休闲活动，同时培养各种新型植物。
　　全员素食
　　城市会设立一片畜牧区，这里可以养猪、鸡、鱼等动物，但它们只占人类饮食的 10%。因为这里生产动物的效率很低，这些动物主要是提供「心理价值」和「观赏价值」：动物被看到的价值，比被吃掉的价值更大。
　　火星上90%的食物都将来自于植物，其中农作物将占 50%，藻类会成为火星饮食的重要部分。
　　悬崖的最高点是一片广阔的平原，可以被阳光充分照射，这里将会被用来生产农作物，还被用来建造发电厂，以及生产食品、制造基础设施的各类工厂。人类生活所需的能源将来自太阳能电池板，大量的植物将提供足够的氧气，而火星上二氧化碳和水都很多，可以生产足够的碳，有了碳就可以加工生产各种建造材料，机器人也将在这里大施拳脚。
　　除了首都「女娲」，火星计划中还有 4 座城市，它们将在 5 公里内散落，分别是阿巴洛斯市（Abalos）、马里纳利斯市（Marineris）、阿斯科拉市（Ascraeus）、法克系市（Fuxi），这几个城市增加人类居住的机动空间，也能够相互进行资源调配。比如，女娲所处的地方有着充足的水源，阿巴洛斯位于火星北极可就地取冰，马里纳利斯位于太阳系最大的峡谷平原，利于种植农作物等等。
　　付费打工
　　「女娲」这座城市，将能容纳 25 万人生活，人均居住空间约为 25-35 平方米，扩展到其他城市，就可以高达 100 万人了。
　　关于如何去到这些城市，Abiboo 表示票价约为 30 万美元，但到了火星的人也不能闲着，他们可以全面享受这里的公共设施、生活服务、日常食物，同时也要签一份工作合同，平时还要完成分配下来的城市发展所需的各项任务。
　　图 | SpaceX 创始人马斯克表示2030 年前发射好星际飞船后，就可以开造火星城（来源：SpaceX）
　　火星生存
　　在火星生存，依然有太多问题有待解决，这趟火星之旅很可能是有去无回。在这个以二氧化碳为主，比南极还寒冷的红色星球，我们要面临的困难不计其数。
　　图 | 火星（来源：Forbes）
　　漫长的太空旅行
　　首先，在目前的技术下，载人飞行任务到达火星最少要 9 个月，而宇航员通常在国际太空站最多也只会呆约 6个月。长时间的密闭空间，加上延时通信，人们很快就会被孤独和无助笼罩，心理再强大的宇航员，也容易出现中轻度抑郁，以及睡眠周期异常甚至精神问题。
　　图 | NASA 恒心火星探测器进入火星大气层（来源：NASA）
　　剧烈的太空辐射
　　无论是去火星路上、还是到火星之后，太空辐射都会对我们的身体产生严重威胁。地球因为有磁场和大气层，保护了我们免受辐射攻击，而一名执行火星任务的宇航员，受到的辐射剂量是在地球的700倍之多。在火星的稀薄大气下，长时间暴露在辐射中，人类还会增加患癌、损伤大脑、心脏和中枢神经系统的风险……
　　极端的火星环境
　　真正到达火星后，低温、无氧、低重力环境，才是最大的挑战。低温无法外出，无氧难以呼吸，低重力会削弱骨骼、心脏、免疫系统，造成肌肉萎缩、视觉感知改变等问题，甚至还可能让人类无法繁衍。
　　Abiboo 的方案中，也能避免辐射、用植物解决氧气问题，这确实是可行的，毕竟让原本无氧的地球产生氧气的，也是 30 亿年前的藻类植物。但如何让火星暖起来，如何解决只有地球 1/3 的重力，依然没有好的解决方案。
　　高昂的生活成本
　　无论是 3D 打印的火星建筑，还是其它高科技制造的房屋，都需要大量的经济成本。据马斯克估计，建立火星城市的最终成本在1000亿美元到10万亿美元之间。地球上找不到比探索外太空更烧钱的项目了，这需要政府、企业、不同地方、不同文化的人全部参与进来贡献力量。
　　就算一切都完美建设，人本身为了适应火星环境，也要进行永久性的基因调整，从肌肉，到骨骼、大脑，都是为了在火星能够长久生活，最后成为了一个全新的人类物种。
　　结语：新的地球
　　那些在外太空的冒险家们，真正让我们看到了人类超越自我的勇气。但必须要知道的是，尽管现在地球面临无数问题，但比起改造火星，改造地球简直不费吹灰之力。火星正在努力变成新的地球，但愿在这漫长的探索之路，不要让地球变成旧的火星。
　　本文综合转载自＂星球研究所＂、＂爱范儿＂、＂差评＂等，为分享前沿资讯及有价值的观点，「哈工创投」转载此文，并经过编辑。如文中图片或文字侵犯了您的权益，请联系我们。