火星救援中的硬核科幻，火星上种土豆真的可行吗

　　《火星救援》（The Martian）改编自安迪·威尔2011年出版的同名科幻小说，相信大家都已经看过，在这部少见的、没有反派的电影中，人类通力协作完成了一个看似不可能的任务，其科幻内容相当硬核。不过今天笔者打算针对其中的一个情节跟雷德利老爷子较较真：马克·沃特尼真的能在火星上用便便种土豆养活自己吗？
　　剧情
　　先简单介绍一下剧情：整部电影围绕着一个叫做马克·沃特尼（Mark Watney）的宇航员在火星上的故事展开，作为阿瑞斯三号（Ares 3）载人火星任务的一员，马克在一场突如其来的风暴中遭遇意外，所有人都以为他已经死去。为了保住其他队员的生命，任务指挥官不得已只能启动返回舱，将马克独自留在火星地表。
　　关于这一个桥段其实也有许多争议，主要集中在火星的大气密度仅为地球的1%，就算再猛烈的风暴也不足以将返回舱吹倒，不过这不是今天要讨论的重点。
　　阿瑞斯三号返回舱
　　在自己的队友离开之后，马克苏醒了过来，他虽然身受重伤但顽强地活了下来。不过此时他却要面临一个更为现实的问题，如何独自在火星生存下来，并且等待需要超过两个火星年才能抵达的阿瑞斯四号。
　　火星日比地球日稍长一些，24小时多一点，但火星公转需要超过600个火星日，所以一个火星年大约是地球年的1.88倍。
　　饮用水其实比较容易解决，可以使用登陆舱下降段用剩的联氨来制造（N2H4+ O2 → 2H2O + N2↑），但食物短缺就成了头疼的问题。
　　除了他队友留下来的食物可以支持大约400天左右，马克还需要平白制造超过三年的口粮（原本计划是三年，但其实是一年）。于是马克想到了便便，呃...准确地说是利用便便来种植马铃薯，这也是今天我们要讨论的重点。首先，人体可以仅依靠摄取马铃薯而长时间存活吗？
　　老实说，还真的可以。除了含量最多的淀粉之外（碳水化合物），马铃薯几乎包含了所有人类最需要的所有营养元素，从维他命C到蛋白质和脂肪，甚至连一些基本金属元素如钙和钾也都有。
　　美国有一个华盛顿马铃薯协会（笔者也是查资料的时候第一次听说有这个协会），为了宣传土豆的好处，曾经做过一项挑战：全程直播自家的一个会员连续60天只吃土豆。老实说只吃土豆的确可以在一段时间里支持人体所需的营养，但是用那哥们儿自己的话说，＂这TM实在是太痛苦了＂（第三天那个受试者已经忍不住骂娘想退出了），所以到后来，他自己想出了各种各样的吃法，比如做成薯片、土豆饼加上大量的调味料等等才算是完成了这项实验。
　　所以从中也可以看出，马克仅仅依靠土豆撑过一年的确可能，就是要加上很多附加条件，比如他需要将正常的补给餐品和土豆混合摄入（高热量面包），再配合药物补充一些其他微量元素，但这么做的难点其实是在心理层面。我们想象一下，没有炒土豆丝或者炸薯条这样的做法，而是每天只能吃简单加热的马铃薯，就这样过一年......
　　好了，既然这种生存方式是可行的，那么在火星上种植土豆也是否可行呢？
　　如果算火星到太阳的距离，大约是地球到太阳距离的1.5倍，同样的纬度，到达火星地表的阳光强度大约只有地球的60%。
　　不过＂阿瑞斯三号＂的降落地点位于火星北半球的阿西达里亚平原（Acidalia Planitia region），在火星上尚处于春夏之际，相对南半球来说阳光还算充足，所以蔬果可以种，但是长得肯定要比地球上慢许多（当然马克的土豆大棚是在室内，他可以使用其他的手段增加日照供应）。
　　火星的公转轨道是椭圆形的，所以日照强度十分不稳定，好在阿瑞斯三号任务的日期是2035年11月7日UTC，此时火星距离太阳的距离相对比较接近。
　　＂阿瑞斯三号基地＂
　　不过最大的问题还是火星的土壤缺乏营养，地球上的泥土首先有细菌，能够从大气中汲取氮为土地增加肥力，更不用说各种动植物尸体腐烂而产生的营养物质了；但火星没有这些条件（＂好奇号＂对火星岩石样本的分析中仅发现了一些金属元素和少量的氮、氢、氧、磷）。于是马克此时自然而然地想到了人类千百年来使用至今的天然肥料——便便。
　　＂阿瑞斯三号＂在火星表面的计划滞留31火星日，但是在18火星日出现意外，所以六名宇航员在这18天时间里留下了大量排泄物。
　　但问题是这些便便不能被直接用于给土壤增肥，因为即使是新鲜的排泄物也很难被植物的根系直接吸收，事先需要有一个漫长的发酵过程，农业上称之为腐熟。当然我们可以理解为电影的长度有限，不可能事事据细地照顾到所有情节，而我们也的确看到了马克·沃特尼带着鼻塞处理那些便便的镜头，笔者姑且就算他考虑到了这点吧。
　　不过使用人体排泄物最大的问题倒不是农业上的，而是对火星环境可能会造成的不可预知的影响。因为每个人体内都有不同的微生物，包括寄生虫、细菌、病毒。即使是一个健康人，体内的微生物未必会对本人造成影响，但是一旦进入了全新环境，谁都不知道它们会为了适应环境而产生怎样的变化，这也是为什么宇航员的排泄物需要被小心地封存起来。
　　说不定人类把马克·沃特尼接回地球后，下一批＂阿瑞斯四号＂的宇航员会在火星遇到大肠杆菌变异出来的外星怪物也未可知呢。既然种植和食用都有可能实现，那是不是就说明这个这个情节真的就完美无缺了呢？
　　2008年＂精神号＂火星探测器传回的数据表明，火星的土壤中含有0.5%的高氯酸盐（perchlorates），看上去似乎含量不高，但是已经远超安全标准，而土豆这类根茎植物是很容易吸收高氯酸盐这种有毒物质的。
　　高氯酸盐可以看作一种盐类，可以被用于火箭燃料和爆炸物，人体吸收超过阈值会干扰甲状腺素的分泌，影响正常的新陈代谢。
　　不过像马克·沃特尼这样每天食用一个土豆是否会超过阈值呢？答案是不一定，要看土豆的生长周期和土壤的具体状况；而且和丢掉性命相比，让身体承受一点点高氯酸盐的侵蚀也算是一种取舍吧，不能完全说明这个剧情有问题。
　　看来以目前人类的技术水准，要在火星上种植土豆不是不可能，只是完全没有经济效益。由于需要解决前文提到的这些问题，所以可能还不如直接运上去来的便宜。像《火星救援》中的这个例子其实更多是在向我们展示人类航天事业的艰难，以及航天员那种遇到困难不放弃的精神。
　　不过笔者要在这里声明，以上观点都是基于目前互联网上公开的火星资料所做出的推测，并不是严谨的科学结论。
　　我国的＂天问一号＂如今已经在轨飞行超过4亿公里，还有一个月不到就将抵达火星被其引力捕获，在今后的几个月中择机登陆火星表面。
　　在这里预祝＂天问一号＂获得圆满成功，向一步一步把科幻变成现实的中国航天人致敬！
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