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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 感受到压力
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随着冻结的二氧化碳一点点融化，气压逐渐上升。就像把大石头滚下山一样，一旦开始，这个过程就再也无法停止。但据最大估计，火星上的二氧化碳最多只能产生350毫巴的气压，相当于地球气压的1/3。所以不会有过多的二氧化碳产生过大的气压，就像金星上的情况一样。在150毫巴的条件下，即使没有厚厚的压力服也可以生存。阿姆斯特朗极限，即血液在室温下“沸腾”的临界压力，大约是63毫巴。在压力低于63毫巴时，也就是地球上18千米高空的气压，人们就必须穿上加压服。但是如果不加保护，64毫巴就不太舒服了。你体表的液体，如眼泪，以及身体的水分会蒸发，你也不能有效地把氧气从肺部转移到血液去饱和血红蛋白。要保持正常的身体功能，在呼吸100%氧气的情况下，人类需要大约150毫巴的气压。
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如果我们的目标是让火星变暖，有足够的气压让我们不穿加压服，只靠氧气就能四处走走，那就让我们看看珠穆朗玛峰吧。在地球最高的山峰上，海拔约8850米，气压约340毫巴。我们认为这在火星上是可以实现的。340毫巴，你的体液就会正常。唯一需要关注的是氧气在该压力下饱和血液中的血红蛋白的能力。低于90%的饱和度会导致低氧血症，并会损伤人体组织，因为细胞缺氧。这是珠穆朗玛峰上的主要死因。登山者需要补充氧气，不仅是因为空气稀薄，还因为气压不足以将氧气推进肺部，使二氧化碳与氧气进行适当的交换。珠穆朗玛峰上的氧气浓度与海平面上的氧气浓度大致相同，约为20%；但登山者有时会从装有100%氧气的气罐中吸气，以确保他们能最大限度地吸收氧气，因为在这样低的气压下气体交换率很差。
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研究那些生活在地球高海拔地区的人，有助于我们了解在更高的辐射暴露和更低的气压条件下，火星上存在生命的可能性有多大。数以万计的人生活在海拔4700米以上的地区，那里的气压约为550毫巴。他们因辐射诱发癌症的概率似乎并不大于其他地区。此外，这些人已经适应了稀薄的空气，能够在没有任何帮助的情况下呼吸。因此，实际经验表明，将火星上的气压提高到至少350毫巴，即珠穆朗玛峰的水平，人类就能够在不穿加压服并呼吸纯氧的情况下四处行走；如果将气压提高到550毫巴，人类就可以在“正常”的含20%氧气的混合空气中生存。大气越厚，辐射防护越好。
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这是为了人类。细菌、真菌、地衣、藻类和植物能够承受较低的压力，接近最简单生物体的阿姆斯特朗极限。在几百毫巴的气压和高于冰点的温度下，我们可以期待某一天会出现一个高山生物群落。抛开温度不谈，很少有植物能在95%的二氧化碳中很好地生存，而火星就是这样。要在火星上添加生物，就必须了解生命如何在地球上发端。数十亿年前，大气主要是氮气、二氧化碳和水，没有氧气。主要的理论是，由于存在液态水和阳光，蓝藻细菌能很好地将二氧化碳转化为氧气，从而将大气中的大部分二氧化碳清除掉，到达一个准平衡点。今天这个准平衡点约为0.5%的二氧化碳和20%的氧气。这种方法在温度稍高、压力稍大的火星上可能会起作用。
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尽管人类至少需要10万年才能将含氧量提高到20%，但在温暖的火星上播下蓝藻细菌的种子，就能产生足够的氧气，让更高级的生物，比如地衣和一些原始植物，在100年后出现。记住，适于居住并不意味着完美。就以可食用性为例。有可食用的食物，也有美味的食物。火星也许有一天会变得美味，但需要时间来烹饪。与此同时，随着气温、气压以及氧气一点点添加到盘子里，火星将越来越容易消化。
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金·斯坦利·罗宾逊在他的火星三部曲中提出一个有趣的想法，叫超深钻（moholes），这个词源于莫霍不连续面（Mohorovičić discontinuity）——地球或行星的地壳和地幔之间的边界层。简而言之，超深钻是使用自动化的圆柱形钻孔机来挖掘一个几十千米深、一直到达边界层的直径很大的洞。在火星上，这些洞可以用来释放热量，促进火星变暖。因为这些洞非常深，人类还可以住在洞的底部，体验类似于地球的压力。超深钻曾经在地球上尝试过，但没有成功。
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我认为在火星上实施超深钻方案，其可行性介于燃烧碳氟化合物和从天王星进口氮气之间。还有一个想法是让彗星或小行星以受控的方式掠过火星上层大气，燃烧掉挥发物——水、氨、氧——向火星添加有价值的气体。比起用宇宙飞船进口气体，这一想法在技术上的困难没有那么大；用几块来自遥远地方的大石头就可以实现，而不用从木星上发送成千上万艘货运飞船。不过，数学计算最好完美无缺，否则那些巨大的物体如果击中火星表面，可能会置移民于死地。故意轰炸火星表面同样可以提供大量气体，但这种方法既粗鲁又危险，与在火星上进行科学研究以及建立定居点的想法背道而驰。
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的确，火星失去最初的大气层，是低重力以及缺乏磁层等因素综合作用的结果，使得太阳辐射能够将大气层吹向太空，但是这个过程花了数千万年。所以，在火星再次变得不适合居住之前，我们还是有一些时间去享受它的。
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 火星的未来
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火星地球化并不一定就是创造一个新的火星。人们可以把这个过程看作古老火星的回归。流动的水又流了回来，或者是古老的火星焕发了新的生命。这也正是许多火星倡导者的意见分歧之处。如果火星上有生命，就必须仔细检查。如果火星生命类似我们的生命树，基于核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA），那么它们很可能与地球生命相关——要么是很久以前火星在地球上播种的生命，要么相反。如果我们是同一棵生命之树，那么就没有任何伦理上的理由来解释为什么地球上的生命不能在火星上繁衍。但如果火星上的生命是完全不同的东西，如果火星生命代表了另一种或独立的起源，那么像克里斯托弗·麦凯这样的火星地球化鼓吹者就会辩称，人类有义务远程培育火星上的生命，并与其完全隔离。事实上，我想，这就是麦凯与祖布林……还有我分道扬镳的地方。你是怎么想的？
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预测
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到21世纪30年代，中国和美国将展开一场全面的太空竞赛；首次由中国或美国领导的任务将在21世纪40年代出现；21世纪50年代，多国将在火星上永久存在，包括部分旅游业；21世纪80年代，第一次尝试非政府主导的殖民；到22世纪50年代，蓝藻、地衣、真菌和简单植物可以在火星上自然生长；到23世纪，火星将达到冰岛的温度，并具有适宜居住的气压。
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[1] “NASA’s Journey to Mars：Pioneering Next Steps in Space Exploration，” NASA NP-2015-08-2018-HQ，October 2015，https：//www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/journey-to-mars-next-steps-20151008_508.pdf.
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[2] George W.Bush，“A Renewed Spirit of Discovery：The President’s Vision for U.S.Space Exploration，” White House fact sheet，January 2004，https：//permanent.access.gpo.gov/lps72574/renewed_spirit.pdf.
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[3] John M.Logsdon，“Ten Presidents and NASA，” in 50th Magazine—50 Years of Exploration and Discovery ，NASA（2008），https：//www.nasa.gov/50th/50th_magazine/10presidents.html.
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[4] Kenneth Chang，“NASA Budgets for a Trip to the Moon，but Not While Trump Is President，” New York Times ，February 12，2018，A13；Donald Trump，“Presidential Memorandum on Reinvigorating America’s Human Space Exploration Program，” US Presidential Memorandum，December 11，2017，https：//www.whitehouse.gov/presidential-actions/presidential-memorandum-reinvigorating-americas-human-space-exploration-program；Jeff Foust，“Space Force？Create a‘Space Guard’Instead，Some Argue，” Space News ，May 31，2018，http：//spacenews.com/space-force-create-a-space-guard-instead-some-argue.
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[5] Associated Press，“Moon Landing a Big Waste，Says Barry，” Tuscaloosa News ，September 21，1963，8.
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[6] Charles D.Hunt and Michel O.Vanpelt，“Comparing NASA and ESA Cost Estimating Methods for Human Missions to Mars，”26th International Society of Parametric Analysts Conference，Frascati，Italy，May 10-12，2004，https：//ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20040075697.pdf.
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[7] Irene Klotz，“NASA Looking to Mine Water on the Moon and Mars，” Space News ，January 28，2014，https：//spacenews.com/39307nasa-planning-for-mission-to-mine-water-on-the-moon.
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[8] Gerald B.Sanders and William E.Larson，“Progress Made in Lunar In Situ Resource Utilization under NASA’s Exploration Technology and Development Program，” Journal of Aerospace Engineering 26（2013），doi：10.1061/（ASCE）AS.1943-5525.0000208.
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[9] MOXIE搭载“毅力号”火星探测器于2020年7月30日升空前往火星，并于北京时间2021年2月19日成功安全着陆。——译注
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