第10章 人类对火星的改造

　　在此后的三四百年里，虽然地球东西方的科学家们对火星进行了著有成效的探测，取得了大量关于火星的数据，但是由于受“宇宙速度”所限，到了25世纪，地球人类仍然还无法乘坐航天器进入火星。出于地球人类数百万人口的巨大人口压力，东西方的科学家们都在考虑向火星移民的问题。为了实现向火星移民，科学家们做了大量的准备工作。
　　首先是要制造新型火箭，新的自动机械设备，这就需要全新的技术。二十世纪中叶人类乘着“阿波罗”飞向月球，单程往返时间只用了三天。天文学家们经过计算，月球距离地球大约千万分之四光年，384,401公里。月球离地球近地点距离为363,300公里。距离地球最远的远地点距离为405,493公里。以此计算，“阿波罗”每天飞行里程在12万公里以上。
　　但是，以地球和火星之间的最近距离计算，按照“阿波罗”飞船的速度，飞往火星需要六个月时间，再用六个月返回地球。根据科学家们的精确计算，火星距离地球有55757930公里。为了确定到达火星的时间，首先我们必须确定地球与火星的距离。火星是距离太阳的第四颗行星，距离地球第二近的行星（金星距离地球最近）。但两颗行星之间的距离因环绕太阳的运行而时刻发生着变化。理论上来说，地球和火星最近点将发生在火星位于距离太阳最近点（近日点），而地球位于距离太阳最远点（远日点）。这样两者之间的距离只有5460万公里。从天文资料看来，两者最近距离发生在2003年，那时候地球距离火星5600万公里。
　　当两颗行星都位于距离太阳最远点，且位于太阳的两边时，两者之间距离最远，大约为4.01亿公里。两者的平均距离为2.25亿公里。
　　有科学家设想乘坐光速航天器飞向火星，只要3分钟就到了。光速每秒30万公里，每分钟可以飞行1800公里，自然3分钟就到了。但是就目前人类的科学技术，根本不可能制造出光速航天器。它只能作为人类的远景目标而已。
　　言归正传，前面已经说到，以地球和火星之间的最近距离计算，按照“阿波罗”飞船的速度，飞往火星需要六个月时间，再用六个月返回地球。所以往返一次需要整整一年的时间，而且在火星上一天也不作停留。由此看来，要登上火星，还必须创制速度比“阿波罗”飞船速度快得多的新型飞船。于是科学家们开始了向第四宇宙速度的进军。
　　关于“宇宙速度”，科学家们给它的定义是，从地球表面向宇宙空间发射人造地球卫星、行星际和恒星际飞行器所需的最低速度。人造卫星所以能围绕地球运行是因为有恰当的速度，如果速度不够大，就会落回地面;如果速度过大，则会脱离地球引力场或太阳引力场。
　　人类的航天活动，并不是一味地要逃离地球。特别是当前的应用航天器，需要绕地球飞行，即让航天器作圆周运动。众所周知，必须始终有一个力作用在航天器上。其大小等于该航天器运行线速度的平方乘以其质量再除以公转半径，即F=mv^2/R。在这里，正好可以利用地球的引力。因为地球对物体的引力，正好与物体作曲线运动的离心力方向相反。经过计算，在地面上，物体的运动速度达到7.9千米/秒时，它所产生的离心力正好与地球对它的引力相等。这个速度被称为环绕速度。
　　宇宙速度是物体从地球出发，在天体的重力场中运动，四个较有代表性的初始速度的统称。航天器按其任务的不同，需要达到这四个宇宙速度的其中一个。
　　第一宇宙速度（又称环绕速度）：是指物体紧贴地球表面作圆周运动的速度（也是人造地球卫星的最小发射速度）。大小为7.9km/s)。
　　第二宇宙速度（又称脱离速度）：是指物体完全摆脱地球引力束缚，飞离地球的所需要的最小初始速度，大小为11.2km/s。
　　第三宇宙速度（又称逃逸速度）：是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度，其大小为16.7km/s。
　　环绕速度和逃逸速度也可应用于其他天体。例如计算火星的环绕速度和逃逸速度，只需要把公式中的M、R、g换成火星的质量、半径、表面重力加速度即可。
　　第四宇宙速度，所谓第四宇宙速度，是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚，飞出银河系所需的最小初始速度，约为110-120km/s，指在银河内绝大部分地方所需要的航行速度。如充分利用太阳系围绕银心的转速，最低航行速度可为82km/s。由于人类对银河系所知甚少，这个数字还需要很久才能形成公论。指在银河系内绝大部分地方所需要的脱离速度。目前根本无法得出第四宇宙速度，原因是对于银心的质量以及半径等无法取值。
　　第五宇宙速度指航天器从地球发射，飞出本星系群的最小速度大小，由于本星系群的半径、质量均未有足够精确的数据，所以无法准确得知数据大小。目前科学家估计本星系群大概有500--1000万光年，照这样算，应该需要1500-2250km/s的速度才能飞离，但这个速度以人类目前的科学发展水平，至少要几百年才能达到，所以现在只是个幻想。
　　第六宇宙速度指航天器从地球发射，飞出全宇宙的最小速度大小（准确来说是可见宇宙），但由于可见宇宙的具体半径，质量等数据未知，且众所周知，宇宙在膨胀，所以这个数据应该是不确定的，人们也不知道宇宙外面是否还有界。所以第六宇宙速度还是个有待研究的话题。
　　人类发明空间航天器后，开始提高速度，提出达到的三种宇宙速度已经完成。于1948年达到第一宇宙速度，1955年达到第二宇宙速度，1969年达到了第三宇宙速度。其中第一、二、三宇宙速度分别为7.9Km/s，11.2km/s，16.7km/s。目前，人类还没能实现第四宇宙速度。但已经在努力了。
　　令人高兴的是，这一工作目标在本世纪中期终于实现了。地球航空和航天局属下的东方航天中心在十年前的二四五五年研制成功了飞行速度为每秒一百一十二公里的次光速宇航船，每小时飞行四十万公里，用这个速度飞往火星，只需要一百四十余小时，将近六天时间。次光速宇航船的研制成功，标志着人类航天进入第四宇宙速度的新时代。
　　跟新型宇航工具相配套的工作还有航天器安全着陆的问题。要实现航天船在火星上安全降落，必须使用反推火箭和巨大的降落伞减慢速度。而降落伞必须非常非常大，东方航天中心在这方面已经做好了充分的准备，生产了相当数量的巨型降落伞。
　　再就是宇航员的安全保障问题。宇航员进入零重力环境后，可能需要一个小型核装置提供电力，他们还需要超级防腐蚀涂料。另外，火星的地表虽然虽然经过人类数百年的改造已经有了一些藻类、菌类和地衣等低等植物，但是仍然还没有可以提供食物的高等植物。绝大部分地方都还是不毛之地，无边的戈壁沙漠覆盖了整个星球的大部分地区。那里没有足够保障人们生活的液态水，有毒的空气含有高浓度二氧化碳，让人呼吸困难。火星没有提供任何维持生命的东西。这意味着他们必须带上所有物资：临时住所，适用所有地形的交通工具，食物和用品，科学设备，钻探火星取水的工具，还有建立永久性基地的物资。在火星上停留期间，宇航员要建立自给自足的人类社区，自己制造所需的食物、水和能源，此外，他们还要建造永久性基地，供未来登陆计划使用。
　　科学家们为了把火星改造成人类第二个美好家园，还对火星做了大量的改造工作。具体说来，改造火星的工作主要在三个方面。
　　为了在火星获得足够的液态水，在大气中增加适合适量的气体（包括温室气体和适合生物生存的气体），增加地表温度与气压。在太空中架设巨大反射（或折射）镜群，将更多阳光反射至火星表面。大量融解地下冻土层，再把水引到地表。来自太空的辐射，虽然可以用太空的反射镜处理，但是这些镜子是非常脆弱的。不过随着大气逐渐增厚，问题就小多了。最根本的办法就是到地核去启动火星的磁场，抵抗太阳风和宇宙射线。但是这需要大量的能量。为了解决能源问题，东方航天中心正在筹划在火星上加快建立核电站的步伐。
　　第二个办法是将经过遗传工程改造的细菌和其他适应性强的微生物播“种”到火星上去，它们会“吃掉”火星大气层中的二氧化碳，释放出氧气，逐步形成一个类似于地球的含氧大气层。这一步工作已经开展了数百年，目前已经取得初步成果，在温度比较高的赤道带，不少地方已经生长出藻类、苔藓和地衣等低等植物。
　　第三种办法是用宇宙飞行器把一种叫“氯氟烃”的强力的温室效应气体，运送到火星上去使其升温。有航天专家计算过，如果每年运送一百万吨氯氟烃到火星上去，只要四十年的时间，就可以在火星上造成有效的温室效应，使其表面温度升高，再配合上述的藻类植物的生长和微生物的繁殖，能逐步使火星大气层加厚，并使大气层增氧！
　　据一部分火星专家分析得出结论，火星上最适合生长的粮食作物应该是小麦，所以科学家们已经在火星赤道带的部分地区做小麦种植的实验。
　　还有一种改变火星环境的办法是建立行星推进引擎，改变火星运行轨道。不过这项工作需要的能源非常巨大，也存在一定的风险。
　　也有科学家设想，为了迅速有效地改变火星大气，增加大气层的含水量，改善火星空气质量，可以架设从地球到火星的巨型输气管道。
　　以上诸项都是人类为了使火星的气候变暖，然后向火星大量移民的措施。也有科学家说，全氟化碳是一种强效的温室气体，可以用火星的泥土和空气中的成分合成获得，然后将它释放到大气中。这会使整个行星变暖，然后它们就会释放出冷冻的二氧化碳气体。二氧化碳会升高温度，将大气压力增加到能让液态水流动的程度。通过这种方法，人类就可以在这颗红色的星球上建立一个可持续的生态环境。首先在火星的南极地区会生长出细菌和地衣类植物，之后会出现苔藓类植物，一千年或更长时间后会长出红杉树。再经过几千年的时间，长成的森林会逐渐培育释放出氧气。
　　总的来说，这一切努力都是人类将火星改造成人类可居住的星球，也就是改造成类似地球的环境，将火星改造成一个绿色星球，使之成为未来人类的第二个家园。
　　经过人类几个世纪的持久努力，向火星移民的诸多条件已经具备，向火星大量移民时机已经成熟。顺应潮流，地球宇宙开发委员会召开了会议，专门讨论向火星移民的问题。会议一致通过了决议，立即着手向火星移民的筹备工作。会议决定首先派一批人去火星对火星做详细的实地考察，为人类开辟第二个家园做准备。