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伊隆·马斯克想改变火星的大气层，他能做到吗？
伊隆·马斯克最终将在推特上发起一场关于是否能将火星地球化的“战争”几乎是不可避免的。七月份，他在《商业周刊》上说：你现在在推特上，就放佛置身于“模拟战场”上一样。所以从本质上来说，你攻击我，我也有理由进行反击。
马斯克是美国太空技术探索公司（SpaceX）的CEO和首席设计师。他想让生命变得“多星球化”，从火星着手。这个红色星球离地球很近，其表层曾经存在许多海洋及河流，而且现在也存在冰和地下湖泊。同样，火星的天气也很适宜。表面气温在-285℉到88℉之间，跟地球的温度（-126℉到138℉）差不多。问题是，火星的大气压是0.006巴（1巴=0.1Mpa）的压强，而1巴是地球海平面上的标准大气压强。这不仅意味着危险的辐射不经任何阻挡就会威胁到火星表面，而且人类需要至少0.063巴的压强防止体内水分蒸发（根据阿姆斯特朗极限）。
进行地球化需要改变行星的气候，地形，以及让它的生态系统更加适合生命居住。如果我们可以让火星的大气压升高，升到比珠穆朗玛峰高一点（0.337巴）。我们可以只用一个呼吸面罩在火星表面行走，不需要加压太空服。这可以被称作火星的弱地化：植物不能在温室以外的地方生长。
（图片注释：像家一样甜蜜的火星：左图为火星之前的环境，右图是现在。画家们把两张图片放在一起进行比较。（图片来源：美国航空航天局戈达德太空飞行中心）
为此，火星表面需要大量的氮气，比科学家迄今为止探测到的都多。即使是这样，我们也不能呼吸火星的空气。但是马斯克认为，至少弱地化是有可能的。他在墨西哥的国际宇航大会上说：“事实上，如果我们可以让火星变得温暖，我们就可以让厚的大气层和海洋再次出现。”
但是，是这样吗？
不是的，任何时候都不是。至少根据美国宇航局火星大气与挥发演化(MAVEN)飞船的首席研究员布鲁斯·杰克斯基（科罗拉多大学博尔德分校的一位太空科学家）的最新发现显示并不是这样的。他说：随着地球化的不断盛行（部分原因是由于马斯克的推动），如果让他和克里斯托弗·爱德华兹（同为博尔德大学的地质学家）去考虑这是否可行。他们的答案都是：不。7月，他们在《自然天文学》的论文中说“这个科技在现在是不可能实现的”，他们直接提到了马斯克，彻底抨击了他想要通过核武器破坏火星两极的冰盖来地球化火星的想法。他们认为，将大量的固体二氧化碳释放出来并不足以创造温室效应。7月30号，《发现》杂志在一条推文中特别提到了马斯克，推文的标题是:“对不起，伊隆。没有足够的二氧化碳使火星变成地球。”
之后马斯克在《发现》上回击道：“这里有足够的二氧化碳，它们被储存在土壤中，可以通过加热被释放出来。“只要通过人造或者自然（太阳）聚变，有了足够的能量，就可以将几乎任何巨大的岩石体地球化。第二天，马斯克在推文上两次反驳了那些攻击他的观点：“哦,是吗?我将会带你们见专家，并在此为你们推荐一位专家——克里斯·麦凯@NASA。”三分钟之后，《科学》紧接着发了一个emoji的爱心，显微镜，流星，还有一个1993年麦凯是联合作者的文章链接，文章名字是：地球化火星所需要的技术。
如果火星大气失去75%的二氧化碳，那几乎没有任何的二氧化碳储存在地表，供人们去使用。
为什么马斯克相比于其他科学家会更信任一个NASA艾姆斯研究中心的行星科学家——麦凯呢？我问麦凯是否看过捷克斯基和爱德华七月份在《自然-天文学》上发表的论文。那篇论文提到：火星大气与挥发演化飞船和火星快车号分别在过去4年和里观测到火星的大气层一直在变薄；火星勘测轨道飞行器和火星奥德赛号也分析了火星上含碳矿物的丰度和二氧化碳在两极的出现。他们说，这些新数据表明：第一，大部分火星之前的厚大气都已经发散到了太空中，而且不会回到仍未被发现的地下二氧化碳储存池中；第二，无论有多少二氧化碳在地下，他们都无法被开发和利用。
图解：由太空俯瞰火星
麦凯说“我知道那一篇论文，他们是对的，想要地球化火星的关键问题确实是二氧化碳，氮气以及水的含量。但是可惜的是这些都没法解决。”麦凯认为，捷克斯基和爱德华提到的新数据并不是很好。
麦凯让我关注到了一篇他和他两个同事（欧文·图恩和詹姆斯·卡斯廷）在1991年《自然》上发表的文章，名叫《让火星宜居》。他告诉我：他那时得出的关于“火星上二氧化碳、氮气、水的数量和分布情况尚不清楚”的结论迄今为止仍然是正确的。他说“我们仍然不确定地下有多少二氧化碳。我们没有好的数据并且我们需要钻到很深的地方去得到这些数据。捷克斯基和爱德华现在说不可能短期内实行地球化还太早了。”
他不是唯一一个这么想的人。罗伯特·祖布林也支持麦凯。祖布林是麦凯1993年那片地球化论文的联合作者，一位航天工程师、作家以及火星协会（一个支持地球化火星的非营利组织）的赞助人。祖布林在八月接受美国广播公司采访时说：“在火星上建立人类文明可以为其注入新的活力。
图片：“航行者”号之外，由迈克尔·西格尔得到
问祖布林，他是如何看待捷克斯基的:“他不仅在假装自己没有知识，而且这与已知的数据完全相反。”比如，捷克斯基在最近的发表的《自然-天文学》的论文中强调：在火星以前的大气层中，至少有75%的二氧化碳（0.5巴）可能是因为太阳风和极强的紫外线在十亿年前就消散在了大气中。根据捷克斯基所说，如果火星大气失去了至少75%的二氧化碳，这就意味着，那么厚的大气层（小于1巴）中没有将足够的二氧化碳储存到地下使人们能够使用。捷克斯基和爱德华写到：“显然，一旦气体消散到大气中，再调动气体使其回到大气中是不可能的。”只有极少量的二氧化碳留在了地下：0.02巴。
捷克斯基那75%的二氧化碳是这样消散的：假设现在的太阳风和紫外线的活动跟过去是一样的，只是强度更强（他相信这是真的，因为太阳是由类太阳恒星演化而来的）。之后，以今天火星大气中碳13比碳12的比例为例，将其与地面上碳13比碳12的比例进行比较。因为大气中比较重的同位素倾向于留在周围，所以当较轻的消散时，大气被较重的同位素填充，使大气中二氧化碳的比重比地面上的碳要多。捷克斯基和爱德华写到这种差异表明：火星大气中三分之一的二氧化碳都消散到了宇宙中，这是火星古老大气中没有二氧化碳的主要原因。祖布林和麦凯支持另一个相反的观点：有另一种方式将二氧化碳从大气中移除，但是让它保留在火星上，不管是被土壤吸收，结成固态，还是被保留在含碳的矿物中。
搜索数据：好奇号火星探测器 NASA
在祖布林和麦凯看来，这就是捷克斯基与已知数据有矛盾的地方。麦凯和祖布林告诉我：0.5巴的二氧化碳损失是一个合理的估测（尽管这可能不是毫无争议的）。麦凯说：“他们究竟是在测量二氧化碳的损失，还是仅仅测量氧气的损失，这还存在一些争论。”祖布林说：“这种说法是有争议的，但我们会让它过的，因为至少在这种情况下捷克斯基是根据数据进行论证的。他们不认可的只是捷克斯基的碳同位素分析。大气中0.5巴的二氧化碳损失占火星大气中二氧化碳的75%或更多是不可能的，因为基于有关火星上水的含量的数据，火星至少有2巴的二氧化碳环绕在火星周围（地下含量未知）。如果是这样的话，与捷克斯基相反，在某个地方的浅层沉积物中，将会有超过1巴的二氧化碳——若蒸发，足以引发温室效应。
而且，祖布林指出，科学家不知道地球最初的碳12比碳13的比例是多少，捷克斯基在他的论文中或多或少承认了这一点（这个比例是他用火星的流星推出来的）。最重要的是，祖布林说：“捷克斯基不知道地下碳12比碳13的比例是多少，地下的比例可能与大气中的比例不同，因为如果大多数在覆盖层（覆盖基岩的松散岩石层）中的二氧化碳在十一年前就不可调动，而大气中的一大部分二氧化碳又消散到了太空中，那大气和地下的二氧化碳含量一定不一样。”麦凯附和道：“同位素的数据只能表明储存碳的地方和大气层中的碳有流通。从大气层中消散出来的碳酸盐岩和二氧化碳冰沉积物不能用表层的碳同位素比例表示。”
比如，南极的冰帽就是一个贮藏二氧化碳的地方。麦凯说：“对于那些冰帽，人们还有许多没有研究清楚的地方。”他指出，在的一个实验中，通过将浅层雷达仪器安装到火星勘测轨道飞行器上，科学家们尽可能远的画出了他们能检测到冰帽。并且发现冰帽中有足够的固态二氧化碳，如果这些二氧化碳到大气中，可以使大气中二氧化碳翻倍到0.012巴。
图解：南极仲夏的冰盖（2000年）
当然，这还远不足以让人类在没有加压服的情况下在火星上行走。因此，我们必须找到更多能够释放到大气中的二氧化碳沉积物。麦凯说：“在火星南极点的沉积物是近期刚沉积下来的，但是更久远的沉积物应该也存在。”对于麦凯来说，美国宇航局火星大气与挥发演化飞船以及火星快车号收集到的结果都进一步证实了这个观点。因为所有气候模型都表明“早期的火星一定有好几巴的二氧化碳，”麦凯说，“所以一定也有一些二氧化碳留在了火星上。”在地下埋了几亿年。
想象一下，有人在1890年的火星上，在没有钻孔的条件下，估测地球的石油储存量
我把这个想法告诉了捷克斯基。他告诉我他认为火星上几乎没有二氧化碳（大约0.01巴）或者没有接近地表的二氧化碳沉积物可以蒸发到大气中。这种估计是基于他对大气中二氧化碳流失的分析以及在人们探测到10cm深的地下也发现没有二氧化碳的迹象。相同的迹象在其他六个地方也有——水手峡谷、火星大峡谷这样的撞击坑和大沟渠。这两个地方的地表特点都展示了不同深度的地壳层。
二氧化碳都被埋藏在那些很深、很难到达的地方。捷克斯基告诉我：“你需要去对你看不到的东西做出假设。”可能有很多二氧化碳被锁在地下，我们只是无法获得而已。他和爱德华写道：“虽然碳酸盐岩沉积物的数量没有上限（人们总是会说，它们优先被封存在我们无法观测到的地方），但这沉种积物在地质学上是不可信的，而且很难或不可能被用在地球化上。”
麦凯从相同信息中得出的结论更加悲观和难以确定。他告诉我：“不幸的是，我们在过去的里并没有对火星表面有很多了解。这颗行星的大小与地球相当，而且在不同的位置出现的情况也不尽相同。”祖布林让我去想象：在1890年，火星上的人想在不钻地的情况下去估测地球的石油储备量的做法。他说：“这就是捷克斯基现在的样子，非常荒唐，可笑。”
图解：火星的真实色彩影像，2月由罗塞塔号拍摄
如果捷克斯基错了，并且火星有好几巴的地下二氧化碳可供使用，那我们就可以很快的把火星地球化。麦凯在《自然》上解释道：“从现在温室气体排放使地球变暖的速率来看，我们可以让火星在100年之内暖和起来。最快捷的办法就是产生超温室气体，像氯氟化碳或者更好的全氟化合物（无毒，不干扰臭氧层的形成，也不受太阳紫外线的破坏）之类的气体。”好奇号最近就证实了火星的岩石里存在氟，所以诸如此类的成分应该都在里面。
在一篇2001年发表的论文里，麦凯和一位航空工程师玛格丽塔·马里诺瓦（现任火星和车辆系统开发高级工程师）写道：“需要按照4x1020焦耳的标准（相当于火星上75分钟的光照）产生足够的全氟化物，这样才能将火星的温度升高9华氏度。这相当于250个设备使用500兆瓦(相当于一个小型核反应堆的大小)运转100年。这些设备除了用于满足居民的其他需求，如农业，也需要配备许多工作人员。祖布林认为，需要50万到100万人才能开始大规模进行地球化。
无论我们是否能将火星地球化，我们都会在不久的将来光顾火星。马斯克计划用美国太空探索技术公司的大猎鹰火箭（这是他公布的最新一代的火箭）来让我们到达火星。有几艘火箭，在着陆之后将形成“火星阿尔法基地”。马斯克在推特上晒出了一张基地的照片。在澳大利亚，他向观众展示了基地成长为一个小镇，紧接着又成长为一座城市的系列图片。他说，火星的新居住地最终会将火星地球化。这将会成为一个很不错的地方。
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