火星完全可以被改造成生机盎然的“小地球”，
再现“青山绿水”，
成为人类的“第二家园”。
欧阳自远 · 中国科学院院士
格致论道第93期 | 2023年4月8日 北京
各位朋友们大家好！我今天要讲的题目是《火星：人类的第二个栖息地》。
宇宙的骄子——地球
为什么说这个题目？我首先要问大家，太阳系里唯有地球生机勃勃， 诞生了上千万个物种。难道真的是天缘巧合，只有地球有生命，别的就没有吗？
▲ 地球
经过人类半个多世纪的探测，我们知道，现在太阳系里可能只有、也应该只有地球才有那么多物种，而且成长了具有高等智慧的人类。所以我们的地球是宇宙的骄子。
所有的探测证明，太阳系里也许有可能曾经存在过最低等的生命，绝对没有外星人，这是现在已经探测清楚的。但是太阳系以外，人类要飞出太阳系管辖的范围，大概要飞3万年才能到隔壁的那个太阳管的行星里头，所以我们现在飞不出去。
在浩瀚宇宙中，唯有太阳系的地球，碧海蓝天、风景秀丽；风起云涌、气象万千；生机勃勃、物种繁茂。人类的诞生与进化建立了高度文明的社会，地球是一颗各种机缘巧合、奇迹汇聚的行星。
▲ 小天体撞击地球
但是地球存在着很多可能将要发生的、不定的、带有毁灭性的因素，第一就是小天体撞击地球。地球挨过多次撞击，特别是6500万年以前一个小行星撞击下来以后，导致了整个地球表面以恐龙为代表的生物物种的灭绝事件。
▲ 恐龙灭绝事件
撞击以后形成的尘埃布满了整个天空，遮住了70%的阳光。寒冷降临到地球上，大部分植物都遭到毁灭，恐龙的食物链中断了。当时还有其他物种，由于海啸巨大，整个环境突变，导致以恐龙为代表的100多万个物种被灭绝。
地球存在潜在的威胁，小天体再撞击地球，地球的生态环境彻底崩溃，生物物种大灭绝。这在6500万年以前已经发生过一次了，大概平均不到1亿年有一次这么大的撞击。那次是撞击在墨西哥魔鬼角，砸出来一个300公里直径的巨大的撞击坑，所以以后小天体再撞击怎么办？
地球上大约有180个撞击坑，月球上大概有600多万个撞击坑，最大的撞击坑在南极，它的直径达到1680公里。
▲ 月球——地球的忠诚保卫者
月球以它微弱的身躯抵御了大量的小天体，本来没有月球的话一定会撞击地球的，幸好月球抵挡了很多。你看月球表面被砸得坑坑洼洼的。
▲ 大规模核战争将彻底毁灭地球生态环境
还有，大规模的核战争将彻底毁灭地球的生态环境。中国作为一个负责任的大国，坚决反对核战争，坚决反对进行战争的挑衅。我们要维持和平，保持地球美好的生态环境，制止大规模核战争的爆发。
太阳系唯一的选择——火星
已完成：20% //////////
我们终究还是想，能不能找到第二个栖息地？万一地球遇到了什么不可抗拒的、巨大的、全球性毁灭的灾难，那么还有一个地方让人类居住。现在整个太阳系里唯一的选择就是火星。
为什么要选火星呢？大家知道，水星是最靠近太阳的，它比月球大一点。水星是人不能居住的，它白天的温度420°C，夜里的温度-180°C，温差600°C，这么严酷的环境。
▲ 水星
另外水星转得很慢，它的一天等于它的两年。你在水星上居住，有一年是420°C，有一年是-180°C，不可能生存的。
▲ 金星
还有第2个最靠近太阳的行星，那就是金星。金星的表面温度480°C，而且大气很浓密，达到92个大气压，人根本不能在金星上生存的。在这样一个背景下，不可能去选择水星和金星。
第3个是地球，第4个是火星，火星最有可能。再外面那4个特大天体，表面都是气体，岩石核相对比较小。
▲ 月球
在4个类地行星里，地球有一个卫星月球。它糟糕透了，没有大气，是超高真空状态。白天的温度110°C，晚上的温度-190°C，另外它没有空气，也没有磁场保护，所以人类只能住在密闭的屋子里头，一出去就得穿航天服，不能大规模让人们居住。
月亮是地球的“亲生女儿”，我们做过它们的母子“基因关系”，它就是地球身上的一块肉，这里我不详细谈。
火星有两个小卫星，则是被它抓过来的。
那4个大行星的卫星很多，像木星有79个月亮，大概木卫二它表面是冰，冰底下有海洋，海洋里面有火山，有可能繁育生命，但是现在没有找到任何证据。
土星有82个月亮，我们能不能找到可以居住的地方？是不可能的。土卫六有很多甲烷的海洋、河流和湖泊，这个当然做燃料很好，但在那么遥远的地方人类是难以生存的。
看向太阳系以外，国际上发射了很多空间望远镜，最有名的像哈勃望远镜、开普勒望远镜，最近又发射了韦伯望远镜。这些望远镜看得很远，甚至可以看到几千个光年，但现在也没有找到什么生命的证据，所以这真是太奇怪了。
现在运用这些空间望远镜，已经发现的地外行星是3700个左右，大部分都是巨大的巨行星，而像地球这样的也有，还不少。
科学家们最后发现最接近地球的行星，大概距离地球500光年。什么意思呢？就是我们现在看见它的是500年以前的情景，它那个时候的光才传到我们这儿。它来看我们的话，不是中华人民共和国，是明朝的时候，500年以前的光才传到它那儿。
▲ 火星
这样的话，可以居住的行星现在来说还真没有找到，所以我们唯一的选择是火星。
为什么要选择火星呢？因为火星跟地球一样，自转轴也是歪的。歪了以后绕着太阳转，地球才会出现春夏秋冬的季节性变化，我们定了24节气，循环不已，北半球、南半球的气候完全相反，因为太阳的入射角和入射的通量有很大差别。
▲ 火星探测霍曼转移轨迹示意图（图源：中国国家航天局）
火星离我们地球5500万到4亿公里，这次“天问一号”去火星大概要飞7个月左右。绝对不是网上说的“地球离火星最近的时候飞过去”，瞎说啊，这样永远到不了火星。地球绕太阳转一圈365天，火星在外面绕更大的圈，是680多天。只有火星和地球跟太阳的连线有一个锐角的夹角，这样从地球出发，飞了7个月以后，刚好火星到达的位置探测器也到，按照这个绿色的线在那跟火星相遇。
▲ 火星表面环境接近地球
火星比地球转的圈大，所以公转周期要687天。太阳常数就是太阳的能量，给火星只有地球的一半不到，43%。它的质量、半径都很小，火星因为离太阳远，表面温度是-63°C。它有河道、湖泊的残余地形，但现在一滴水都没有，太冷了。
在南极和北极地区，有水冰和干冰积累起来，所以火星也是一个不宜居住的天体。但是太阳系里无可选择，只能考虑到能不能改造火星。火星气压只有地球的1%，空气非常稀薄，风速很快，经常发生飓风、沙尘暴，气候很恶劣，但比起别的行星还是可以改造的。从这些条件比较起来，人类假如要增加一个栖息地，唯一的选择就是火星。
人类探测火星进行了51次，成功的大概只有26次，只成功了一半。我们中国只探测了一次，是成功的一次。
火星探测的主要科学问题
已完成：50% //////////
既然火星很类似于地球，火星孕育过生命没有？能不能找到它存在过生命，或者现在还有生命的迹象？
所有去探火星的第一个目标都是说“火星是否还有生命”，结果很失望，我们没有探测到，哪怕是细菌也没有探测到。
接下来的探测目标是火星的磁场。由于火星内部的能量已经消耗完了，没有火山活动，也没有内部电流运动造成的南北两磁极，最后形成磁场保护天体。地球就有啊，但火星很遗憾已经没有了，不知道它什么时候消失的。
另外，我们要探测火星的表面物质、地质特点、构造区划、内部结构，还要比较8大行星来研究火星的起源与演化，这是太阳系起源与演化的一部分。
还有一个总的目标：探讨火星的长期改造与今后能否大量移民。这是我们人类有第二个栖息地的前提，为人类社会持续发展服务。
▲ “天问一号”
所以2020年我们发射了“天问一号”。这次去跟探测月球不一样，而且还是有很大的差别。
▲ 中国首次自主火星探测任务示意图（2020）
这里面是两部分探测，一部分是卫星绕着火星运行，所以整个火星都可以探测到，对火星进行全球性探测。
另外，我们还有一个火星车着陆在火星上。火星车走下来以后，可以精确探测火星表面的结构、成分、构造，有没有地下水还有火星的其他一些研究。这样构成了天上、地下联合探测火星，这比其他国家要精细得多，而且可以比较完美地来探测火星。
我们着陆在火星的什么位置呢？火星古代的时候北半球有一个大海，这个地方是大海边缘的乌托邦平原，是比较平缓的。
我们首要确保不受地形影响，否则着陆器一歪了、倒了，火星车也倒了，一定要保证技术上的安全，所以着陆在乌托邦平原。我们在着陆区会进行详查，探测火星的磁层、电离层、大气层等等，还有火星的各种物理场包括磁场、重力场等等，全面地对火星进行探测，重点是火星车路线上的沿途探测。
我们现在还在火星上继续工作，等火星车不能走了，探测器完成任务了，那就让它坠落在火星上。
下面一步是火星采样返回，虽然现在人类已经采到了很多火星掉下来的石头，叫火星陨石，但是很遗憾，我不知道它从火星哪个地方掉下来的，所以一定要现场采样。现在美国正在火星采样，下一次要把样品带回来。我们中国就准备像“嫦娥五号”一样，落下去采样，再把样品采回来。
改造火星的科学步骤
已完成：60% //////////
火星最像地球，所以是全世界深空探测里的重点探测对象。
我们将来有望在几十年内，或者更长一点时间把火星改造成为一个适宜人类生存与发展的蓝色星球。
在1998年以后，陆续开过几次国际会议，我也参加过火星探索的国际会议。我们希望提出一个总体方案，如何去把火星改造得适宜于人类生存与发展。
后来马斯克说你们科学家太慢了，最好到火星上炸它1万个氢弹，让火星南北极的冰融化，河道里头不就有液态水流动了嘛，然后你再慢慢改造。
其实他这个办法是比较冒进的，10000个氢弹，1%出事就100个氢弹，你将对火星造成损害还是有好处啊？还有很多其他问题，所以科学家都不赞成。
现在主要的问题是如何提高火星表面的温度。火星的年平均温度是-63°C，要让液态水能够在表面存在，就一定要提高火星表面的温度。接下来，就要增加大气的浓度，要改变大气的组分。要建立火星的一个生态环境系统，然后再逐步地去发展火星的农牧业，解决粮食和副食的自给问题。接下来，建设能源和原料、原材料的工业设施，建设人类生活的基础设施，然后再能实现火星旅游和火星移民。
在中国探测火星以前，我写了一本《火星科学概论》，专门介绍火星相关的各种科学特征。我也写了一本《再造一个地球——人类移民火星之路》，讲述了改造火星成为一个适宜人类生存与发展的绿色星球的总体计划、科学步骤和关键技术。总结了7个方面，一步一步做下去，我们一定能够实现。
我们地球上严格限制碳排放，化石能源就是煤、石油、天然气要限制利用，再利用下去地球会越来越暖，生态环境遭到破坏。
但在火星你可以大量建设很多排放超级温室气体的工厂，这个有很多方案，制造四氟化碳等高效温室气体，引发大气层温室效应，使它表面慢慢地提高温度。
这样的话，加热火星表面、加厚火星大气层逐渐成功，使火星极地冰盖的干冰融化。火星极地的冰跟地球不一样，地球都是水冰，火星还有很多干冰，干冰就是二氧化碳。结果也释放二氧化碳，水冰也释放，争取在赤道附近气温可以达到15°C左右，这样它就有水流动了。
你现在去火星只能住在密闭的屋子里头，因为你不能跟外面接触，外出就要穿航天服。月球上不穿航天服很快就会死亡，因为它是超高真空。而火星气压只有地球的1%左右，也是不能让人们生存的。
要么你住在地下，挖个洞在里面工作，你把它封闭起来，局部改造，引种地球容易生长的一些植物，让它产生光合作用，吸收二氧化碳，生产氧气，改造火星的大气。
人们可以选择促进光合作用的菌类和苔藓，在火星上逐步开展植树造林计划，光合作用使二氧化碳逐渐变成氧气，进一步培育出能够释放更多氧气的超级植物，加快火星上氧气的增长速度，逐步改变火星大气的组分。
随着大气浓度和氧气浓度的提高，未来的火星居民可以达到不用穿航天服就可以走出户外，普通飞机也可以在火星上起降了。
▲ 红色火星将逐步被改造成绿色火星、蓝色火星
这样改造火星以后，植物也繁茂地生长了，人类建设的一些工厂也逐步慢慢建设起来，红色火星将逐步被改造成为绿色火星，最后改造成为蓝色的火星。
再造“第二家园”的诱惑
已完成：90% //////////
通过人类的智慧和努力，火星完全可以被改造成生机盎然的“小地球”，再现“青山绿水”，成为人类的“第二家园”。
一旦地球上有难以抗拒的、带有毁灭性的一些事件发生，假如还有一个栖息地成为共同生存的避难所，这样至少可以确保人类的延续。
人类太珍贵了，现在在宇宙里没有发现第二个具有这样高度文明、具有智慧、能够掌握科技手段的生物。所以我们想能不能把人类的家园分成两个地方，即使毁了一个地方，还可以保存一个地方。
根据火星目前探测的结果以及各种理论的计算，假如改造好火星，也是在我们太阳系的宜居带里头，所以我们是可以大量移民到火星的。
▲ 国家航天局、中国科学院联合发布的中国首次火星探测火星全球彩色影像图
我们现在做出来火星的第一幅高精度影像图，这个是在贵州的中国科学院地球化学研究所，就是我在的研究所参与做出来的，最近评了贵州省的自然科学一等奖。
我们将逐步地把火星研究深入下去，以后地球、火星将成为人类社会持续发展的命运共同体，这是我们的一个期望。
现在全世界的科学家都瞩目如何去改造火星，我希望年轻的朋友们以后能够担当起这个责任，为人类命运共同体最后能够永久安宁、幸福地生存与发展做出你们的贡献。
谢谢！
- END -
文章和演讲仅代表作者观点，不代表格致论道讲坛立场。
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
如需转载请联系原公众号
来源：格致论道讲坛
原标题：
要改造火星，我建议先在上面大量建设排放超级温室气体的工厂 | 欧阳自远院士
编辑：小聪
