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还有一个重要警告是，火星土壤是有毒的。它充满了高氯酸盐，即高氯酸根（ClO4- ）的盐和酸。植物不能在这种物质中生长，人类摄入这些物质也会生病，因为它会损害甲状腺调节激素的能力。但正如老话所言，当生活给予你ClO4- 时，就去制造氧气吧。由我们的朋友克里斯托弗·麦凯领导的一个小组提出了解决方案，利用高氯酸盐还原菌或其产生的酶，来进行转化。作为概念验证，该小组用酶和水把6千克的ClO4- 转化成了可供呼吸1小时的氧气。[38] 科学家们把这想象成火星上的应急空气供应，手头只要有一盒酶就行了。目前还不知道这种方法能否大规模应用，使大片大片的土地变得无毒。
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除去了高氯酸盐，农作物就有可能直接在火星的土壤中与肥料一起生长。宾夕法尼亚州费城附近维拉诺瓦大学的一个研究小组在模拟土壤中测试了多种作物。罗勒、甘蓝、蛇麻子、洋葱、大蒜、生菜、红薯和薄荷都长得很茂盛。首席研究员爱德华·吉南（Edward Guinan）开玩笑说，如果学生们记得按时浇水，这些作物可能会生长得更好。[39] 但这还不能称为伊甸园。地球上的农业有很多被我们认为是理所当然的东西，比如被称作土壤的复杂的生命网络。它是由矿物质、死去的有机物以及无数活着的微观和宏观生物混合在一起组成的。火星上没有地球上的这种土壤。因此，尽管植物可以生长，但这些植物的营养价值却是另一个未知数。即使在地球上，土壤矿物质的匮乏也会导致植物营养缺失，例如克山病。火星上的访客可以靠氮、磷、钾三种常见肥料种植的食物生存，但是必须确保定居者摄入了所有必需的维生素、矿物质和植物营养素——而该领域人们还没有完全了解。
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还有一个缺失的成分是脂肪。人们可以得到种子和坚果油，但是种这些东西需要大量的空间。向日葵也许就够了。据农民的粗略估计，1.5千克种子可以榨取1升油，相当于一个家庭一个月的供应量。在地球上，1公顷土地可以生产1800千克种子，也就是1200升油。这大约是100个家庭1年的供应量，所以无论困难有多大，在更大的温室里是可以达到这个目标的。油菜籽、芝麻和花生也是如此。树坚果的含油量较高，但在火星微弱的阳光下可能难以生长。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 那么土豆呢？
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考虑到阳光、土壤和与生长有关的其他问题，《火星救援》中的人物马克·沃特尼能种土豆吗？不能。不能在有毒的土壤里，也不能在那些灯光下。他在其他方面都做得很好：肥料（人类粪便）、水和少量二氧化碳。但是，他必须将土壤中的高氯酸盐除掉。还有那些灯是为基本照明设计的，无法提供足够的能量来生产块茎。充其量，只能长出一点绿叶。沃特尼也不可能像他的计划那样，仅靠土豆就活了4年。土豆含丰富的维生素C、钾、镁、碘和部分B族维生素，但是在没有生命的土壤以及粪便中生长的土豆，其营养状况还无法确定。但即使在地球上，土豆也缺乏一些基本的营养。不到一年沃特尼就会出现一系列症状：因缺乏维生素A患上夜盲症，因缺乏维生素D患上佝偻病，因缺乏维生素E导致神经损伤，因缺乏维生素K容易挫伤，因缺钙导致骨骼脆弱，因缺硒导致心脏衰竭和致命的克山病。而且土豆几乎不含脂肪，而脂肪是另一种重要的营养物质。
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如果NASA用红薯代替土豆，沃特尼的日子会好过很多。红薯也很容易种植（在适当的光照下）；每平方英尺可以产出更多的热量；提供可食用的绿色蔬菜，其营养价值几乎是白色土豆的两倍，可以生吃，同样耐储存。在此我要更进一步说明：土豆不是火星上的首选，因为它们相对缺乏营养，而且容易受到各种细菌、病毒和真菌的影响。
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我建议，作为水培系统的补充，在火星土壤中种植的理想作物包括木薯、高粱、香蒲、竹子和所谓的杂草，如蒲公英。原因是物超所值。木薯可以生长在贫瘠的土壤中，是已知的最耐旱的作物之一，同时通过基因工程已经变得更有营养。高粱是一种谷物，在小片贫瘠的土地上可以产出大量的粮食。与沃特尼的土豆相比，按照同样种植面积的产出计算，高粱的蛋白质是土豆的5倍，脂肪是土豆的30倍，热量是土豆的4倍。蒲公英、菊苣、灰菜等可以在人行道的缝隙中生长，每个部分——根、茎、叶、花和种子——都可以食用。同样，速生竹子也是一种理想的建筑材料。至于香蒲，每英亩产出的可食用碳水化合物最多。[40] 它的绒毛可用作填充物，纤维可用来制作绳子。
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当然，科学家们正在考虑那些可以在火星环境中生长得很好的基因工程植物和藻类，它们甚至可以在没有遮蔽的环境中生长，但所有这些都还没有经过检验，因为没有人可以接近真实的环境，只能模拟。我们的火星农场一开始最明智的做法是，在火星上种植地球上已知的生命力最强、产量最高的可食用植物。野葛，有人知道吗？
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幸运的是，火星上有水可以用来种植作物。我们现在知道有足够的水冰，尽管大部分在地下。如果这些水以某种方式完全释放和融化（假设有大气层来防止它蒸发），就可以有一片浅浅的海洋覆盖整个火星。2018年7月，意大利航天局宣布在火星南极下面发现了一个约20千米宽、1.5千米深的巨大液态湖泊，这大大增加了在火星上发现生命的可能性。[41] 这是一个惊人发现，第一次在火星上发现一处巨大的液态水源。[42]
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 送来化学家和工程师
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目前火星上除了土壤、散落着的坠毁的航天器以及电能耗尽的着陆器和火星车，没有什么可以建造的东西。第一批游客会带来一些东西：一个栖息地，一两辆车，以及部分机器。但在大多数情况下，我们需要依靠土地来生存，让火星成为一个可持续发展的环境。这就需要化学家和工程师凭借稀薄的空气和地下岩洞创造出一个文明。
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火星上需要高技能、足智多谋、意志坚定的人。这也是“火星1号”计划如此愚蠢的部分原因。所谓的普通人在这个红色星球上会毫无用处。今天移民火星与17世纪移居新大陆在两个方面会截然不同。火星上没有土著居民教新移民如何生存。今天活着的人几乎没几个人知道该怎么做。现代的大多数人只会购买、置换，而不会制造。你可能知道如何使用电脑，但你会制造电脑吗？如果你的车坏了，你知道如何用3D打印机设计和制作的零件来修车吗？
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从最近的拓荒时代开始，无数自力更生的技能已经消失了。我们中有多少人能建起一座不会垮塌、不会漏雨的庇护所？有多少人会使用金属？有多少人能把沙子变成玻璃，把泥土变成陶瓷？有多少人能做家具，修剪果树，保存食物，做醋或酒，做肥皂，织衣服，修理坏掉的机器，了解管道和空气流通，止血，给折断的骨头上夹板？……首先，火星上最重要的人将是那些对事物如何运作有深入了解的。火星上存在现代舒适生活需要的所有化学元素，重要的是要有知识渊博的人将这些元素用于实际目的。罗伯特·祖布林把这种需求总结为一种对民用、农业、化学和工业工程技术的广泛需求，以便将原材料转化为食品、燃料、陶瓷、玻璃、塑料、金属、电线、结构和生存工具。[43]
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制造这些产品不需要高科技工厂。这些产品如何制造，人类大多已经掌握了数千年。只有塑料是相对较新的，但制造塑料是一个简单的过程。首先让一氧化碳和氢气结合制造出乙烯（C2 H4 ）。它本身不是塑料，但它是制造大多数塑料的起点，无论是软塑料还是硬塑料。由于定居者需要寻找替代材料，比如用硫黄代替水作为黏合剂来制作混凝土，或者制作没有石灰的玻璃（石灰来自古代海洋生物的骨骼残骸），聪明的想法就会发挥作用。不过，在大多数情况下，技术熟练的定居者应该能够在定居点内的简陋工业区创造出他们需要的几乎所有东西。
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高科技组件可以从地球运来，然后在火星上组装，因为它们的质量不大。想想洗衣机主要是一大块薄薄的金属，加上一个小小的电子元件。除了电子设备，洗衣机的所有其他部件都可以在火星上制造。这种方法甚至适用于太空时代的技术。火星移民将有能力制造并发射卫星，除了高科技电子元件，几乎可以完全依靠火星资源。但是，要在火星上实现完全的、现代的自给自足，可能需要几十年甚至几百年的时间。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 作为边缘地带和贸易伙伴的火星
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话又说回来，我们不需要把火星改造成自给自足的星球，而是要让地球和火星为了人类的福祉而相互依赖。火星作为边缘地带，不仅仅是一处科学前哨，还有可能激发人类精神的觉醒，这种精神的觉醒自文艺复兴以后就再也没有出现过，而文艺复兴本身就与探索时代非常类似。事实上，除了把火星作为边缘地带，没有其他选择。如果火星只有少数科学家和偶尔几个游客，某种程度上像南极那样，那么成本就太高了，无法维持下去。
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人们常把地球与火星类比为旧世界与新世界，后者成为财富和自由的目的地。从1492年起，每过10年，新世界的财富和自由就变得越来越容易获得。从长远来看，火星可能会在太阳系中占据一个独特位置，成为一个完全适合居住的世界，位于地球母亲和远不那么适宜居住但在经济和科学上都很有吸引力的小行星带和外行星之间。火星还将成为地球与分散的小行星岛屿之间的补给中心。让我们把类比延伸一下。这些更偏远的地方就像西印度群岛，它通过美洲向欧洲提供资源。从短期来看，火星可能拥有对地球有直接经济利益的宝贵资源。[44]
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一开始的贸易肯定是单边的。火星的出口可能包括贵金属，如黄金、铂金、稀土或稀有宝石。还有一种是聚变燃料氘——氢的一种同位素，火星上的储量是地球上的8倍。我讲过开发月球和小行星，火星的资源可能与它们有所不同。此外，月球上氦-3（另一种潜在的核聚变燃料）的浓度和分布范围基本上是未知的，而火星上氘的含量则要确定得多，是833ppm。
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