今年是火星發射年,人類會成為「多行星物種」嗎?

每隔大約26個月，地球與火星會運行至最近的位置，此時發射探測器將節省大量燃料，2020年正是火星探測活動的窗口期。目前，已有多個國家宣布將於今年發射火星探測器，這其中也包括中國——我國已在2016年1月11日正式批覆了火星探測任務，首次向火星發射探測衛星的任務定於今年執行。

登陸火星並不是一件容易的事情。事實上，這些火星探測器任務有一半都會失敗。即便是在今年發射，火星探測器也需要飛行大約七個月左右的時間才能抵達目的地。為了順利開展這項任務，據《中國日報》報導，3月10日，北京航天飛行控制中心圓滿完成我國首次火星探測任務無線聯試，充分驗證了探測器與地面系統的接口匹配性和一致性，對各類方案、技術狀態、軟硬體系統進行了全面測試。

人們為什麼如此執著於探測火星？這個天空中脫穎而出的特殊天體，對人類的重要性不言而喻：它與地球的相近與相似，讓人們對火星給予了無限幻想與好奇。火星上是否存在生命？更是成為人們長久以來渴望一探究竟的事情。因為這也許意味著，身處地球的我們，並不是宇宙中唯一孤獨的存在。正如美國範德比爾特大學天文學教授戴維·溫特勞布（David A. Weintraub）在《火星生命：前往須知》一書中所說的那樣，「為什麼有那麼多人對火星感興趣，其原因就是火星上可能有生命，無論這種生命是未來的人類還是原著火星人。如果火星今天已有生命存在，那會發生什麼情況呢？如果21世紀太空人在火星上建起人類居住點又會怎麼樣呢？會不會給火星帶來死亡和破壞？就像第一批歐洲殖民者對付新大陸那樣，把天花、麻疹、百日咳、黑死病和痢疾帶入一個沒有能力抵禦這些入侵者的世界。」

以下內容節選自戴維·溫特勞布所著《火星生命：前往須知》一書第一章《火星，一顆重要的星球》，已獲得出版社授權刊發。

《火星生命：前往須知》，（美）戴維·溫特勞布（David A. Weintraub）著，傅承啟譯，上海科學技術出版社2019年10月版。

作者丨（美）戴維·溫特勞布

火星上是否存在生命？

身處宇宙的我們孤獨嗎？地球也許是生命的綠洲，宇宙中唯一滋生萬般生物的地方。不然，生命就可能普遍存在，如同無數的恆星和行星那樣遍布宇宙。如果生命是普遍的，如果只要環境適宜並具備必需的基本材料，生命就能相當容易地產生，那我們鄰側的火星就可能有某種形式的生命存在。如果我們發現火星生命的起源與地球生命無關，那就可以很可靠地推斷：生命是遍及整個宇宙的共同現象。要是這樣，這一發現就非同小可，火星的重要性將不言而喻。

火星自始至終受到地球觀察者的關注，無論他們是何民族。希臘人（稱火星為阿瑞斯—Ares）、羅馬人（稱火星為馬爾斯—Mars）、巴比倫人（稱火星為尼爾瓜—Nirgal）或印度人（稱火星為蒙加拉—Mangala，或安噶拉卡—Angaraka）都視火星為戰神，中國人和日本人則視火星為火之星。印加人將這顆行星命名為安誇庫（Auqakuh），古代的蘇美爾人稱其為西莫德（Simud），在古希伯來語中火星被稱為馬迪亞姆（Ma』adim）。

無論何時何地，在所有的歷史記載上火星總有其專稱。只要仰望天空，它就那麼引人注目。作為行星（古希臘地方語意為流浪之星），火星是天空中脫穎而出的特殊天體，其亮度只有金星、木星和土星能與之媲美，即使不用望遠鏡，夜空中的火星也比其他行星更具色彩，不過，多數情況下火星呈現為紅色。也許這就是火星的誘惑，也許在古代充斥神明的天空中，在充斥想像與神話的夜幕上，火星的魅力誘使我們將火星想像成一個特殊之地，比我們幻想中去過的任何地方都要獨特。

電影《火星任務》劇照。

長久以來，人類受到自身願望和想像的支配與誘惑，火星上有沒有生命的疑問一直縈繞在心。在人類數千年的歷史上，無論哪種文化，都將這顆明亮的紅色星球視為極重要的神明。尤其在中世紀和文藝復興時期，人們以為外部所有世界幾乎都應有人居住，這種想法可能促使天文學家懷著火星類同地球的期待，去尋找並且很可能遂其所願地找到了他們想要找的東西。

望遠鏡發明後拍攝的火星照片表明，這顆離太陽第四遠的行星在與生命有關的方面和地球有許多相似之處。懷有這種情懷，天文學家得出火星必定也有生物居住的結論也就極其自然了。在火星殖民時代日益逼近之際，需要認識到我們肩負著有關火星生命的歷史期待，因為過去四百年來關於火星的發現歷史激勵今天的科學家去探索和研究這顆紅色星球。

火星上是否存在生命？或許存在。火星人就是小綠人嗎？那倒不見得。原始微生物能在火星上（在地下液態水層中）存活嗎？毫無疑問。發生在很久以前的巨大撞擊事件，能否將孢子從火星傳到地球或從地球傳到火星？非常可能。我們知道，構建生命最重要的六大基本元素是：碳（C）、氧（O）、氮（N）、氫（H）、磷（P）、硫（S），而這些元素在宇宙中幾乎無處不在。正如我們所知，碳是化學生命的基石，它在火星上極為豐富。火星上還有大量的氮和磷，它們可是胺基酸和DNA 必要的成分。

我們知道火星上有水，水由氫和氧組成，因此，這兩種元素，無論是合成為水還是因某些化學過程而分離，很容易獲得。糖、蛋白質和核酸中均含有硫，這在火星上也很豐富。所以，從化學角度而言，火星至少具備了基於化學的生命發生和存活所必需的全部原材料。此外，自太陽誕生以來，火星在最近45 億年的大部分歲月裡都處於太陽系的宜居區，那裡的溫度、壓力和密度恰到好處，可讓液態水存在於火星，至少在火星一年的某些季節裡，存在於其地層之中。

電影《火星任務》劇照。

因此，原則上，火星可以擁有生命，無論是作為生命的誕生地，還是作為沉積在那裡的某種生命的培育環境。此外，天文學家最近在許多恆星周圍的宜居區內發現許多系外行星，火星可以作為一個樣板，幫助我們理解生命在這些系外行星上存在的可能性。

如果火星上存在生命，我們是否應該殖民火星？

一些科學家猜想，太陽系裡的生命可能早已在火星上發生，後來有一顆很大的小行星撞擊了火星並將火星巖石濺入太空，意外地將生命輸送到了地球。還有一種可能，生命或者先產生於地球，一次巨大的撞擊事件將其輸送到了火星，在這種情況下，對於先在別處形成而後沉積在火星上的生命體而言，火星起了培育環境的作用，不過這種情況在動力學上較為困難。

地球和火星約在45億年前幾乎同時從環繞新生太陽轉動的一個氣體塵埃盤中形成。形成之初，它們的表面可能受到許多巨型小行星和無數彗星持續數億年的轟擊，經過這一痛苦階段後，太陽系逐漸穩定下來。只要行星冷得足夠，固態大地便會開始形成，而且幾乎可以肯定，地球和火星的表面都會有液態水積聚。

這些原始形成事件之後不久，這兩顆行星中至少有一顆出現了生命。澳大利亞地質學家艾倫·努特曼（Allen Nutman）及其科學團隊最近將地球上已知最古老的生物出現的時間推到了37億年之前。在格陵蘭的伊蘇阿（Isua）巖層構造中，他們發現巖石呈疊層結構，證明這種巖石本身就是疊層石。疊層石是微生物菌落在生長過程中沉積而成的礦物層。

由努特曼的工作可知，在地球只有8億歲時疊層石就已在地球的淺海中繁盛。生命在地球形成後如此快地在地球上紮下根來，真是令人難以置信。火星8億歲時同樣又暖又溼，要是這樣，那麼在大約同一時期火星上也可能有生命形成或紮根。因此，年輕的地球上存在疊層石的事實強烈表明，年輕的火星在其淺湖中也可能有了原始生物菌落。

電影《火星救援》劇照。

毫無疑問，火星是宇宙中有可能找到外星生命最近的地方。數百年來，天文學家反覆聲稱發現了火星擁有生命的證據。不過，迄今為止所有這些發現，要麼被證明是錯誤的，要麼爭論不休。這種局面讓我們無所適從！「火星上是否存在生命？」如何回答這個問題，至今沒有任何科學共識。關於火星生命眾說紛紜、爭論不休的局面表明存在一種極其誘人的可能，即火星上的生命曾經繁榮昌盛甚至今日尚存。然而，我們無法給出一個能證明火星上曾有生命存在過或現仍尚存的確鑿證據。對此，沒有評委，需要的只是更多的證據。

在火星上發現地外生命將會被歸入科學史上最深刻、最重要的發現之列，然而，這一發現也會引起倫理道德上的巨大憂慮。如果科學家們認為火星上存在生命，那麼我們將會開展一場是否應殖民火星的辯論，這可能會成為21 世紀中葉人類面臨的最重要問題之一，要知道那裡已經有人居住。僅僅因為擁有運送本族成員到行星際空間的技術能力，人類是否理所當然地擁有可能擾亂另一世界生命的權力？有些倫理學家爭論說，如果火星上居住的只是些生物學上不比微生物群體更高級的生命，那麼我們就可以自由地殖民這顆紅色星球，要是發現的是多細胞生物，那就不應該打攪它們。

NASA不再是唯一的參與者，人類踏上火星還要多久？

人類踏上火星還要多久？根據《美國國家航空航天局（NASA）授權法案（2010）》（NASA Authorization Act of 2010）和同樣在2010年頒布的《美國國家空間政策》（U. S. National Space Policy），NASA正在開發送人上火星的能力，計劃21世紀30年代前能讓他們安全地返回地球。根據這些計劃，到達火星的時間表似乎過於樂觀，所以NASA正在逐漸縮減預期目標。儘管如此，我們現在正在籌謀的計劃都是在我們多數人的有生之年內派遣太空人前往火星。當前的計劃屬於第一探索階段，在月球附近進行探索，包括在月球軌道上建造空間站，使其成為NASA 進入深空—目標遠在月球之外—的門戶。

NASA的火星（還有月球）載人航天飛船將從佛羅裡達州甘迺迪空間中心（Kennedy Space Center）發射，那裡正在建造一個先進的跟蹤系統，旨在支持月球之外的載人任務，該系統已接近完成。一旦完成，這個空間發射系統SLS（Space Launch System）的推力將比「阿波羅計劃」用的土星五號火箭約強20%（後者可將135 噸載重推入軌道），它採用過去的「空間太空梭計劃」（Space Shuttle）開發的火箭技術並加以建造，因為它已經受過長期的考驗。SLS的功率十分巨大，它的最終目標是要用獵戶座多用途載人飛船（Orion Multi-Purpose CrewVehicle）將太空人送抵火星。

電影《火星救援》劇照。

往返火星的旅程長達16個月，途中獵戶座飛船要為太空人提供生存空間。SLS的第一艘運載飛船「Block 1」，計劃於2018年完成*（* 2017年4月，NASA 宣布首航時間延至2019 年。—譯者注），運載能力77 噸。SLS計劃的第一個航天任務是發射一艘太空船進入繞經月球的軌道並返回地球。SLS任務的後續設計階段稱為「Block 1B」，在Block 1的上部增加一級功率更大的火箭，將SLS任務的運載能力提高到115噸。NASA計劃用這種配置將太空人送到月球之外的太空，例如近地小行星的附近。SLS任務的第三設計階段為「Block 2」，計劃採用固體或液體推進劑的火箭助推器替代Block 1的5個火箭助推器，設計指標要求達到143噸的運載能力。目前估計，按照SLS將太空人送入火星的最終配置，宇宙飛船重達650萬磅，相當於10架滿載的波音747飛機，起飛推力達到920磅，相當於208000多臺美國雪佛蘭科爾維特超級跑車的發動機，站立高度達365英尺，比30層大樓還高*（* 1 磅約為0.45千克；1英尺約為0.3米。—譯者注）。

獵戶座飛船的第一次無人駕駛雙軌試飛已於2014年12月完成。SLS火箭和獵戶座飛船向月球之外目的地的第一次集成發射和飛行的計劃稱為「探索任務 —1號」（Exploration Mission—1），它不搭載宇航機組人員，並預定在2019年2月** （** 已延期至2020年。—譯者注）進行。

第一次載有宇航機組人員的獵戶座飛船稱為「探索任務—2號」，定於2021年發射，但現在看來似乎要推遲。第二階段的探測任務，包括最終的火星之旅計劃，將於本世紀20年代末啟動，最初是為期一年的月球空間站的載人飛船。到30年代前，NASA 計劃對獵戶座飛船系統進行全面測試，測試飛船運載太空人和生命保障物資到火星軌道並返回地球的能力。

遣送太空人到火星並在其表面降落，保障他們的生存，然後讓他們從火星表面升空撤離並安全返回地球，這些要求已經遠遠超出了NASA現有的能力。火星表面向下的重力幾乎是月球表面的2.5倍。因此，要使太空人在火星上安全降落必須採用制動火箭或別的著陸器，以減慢太空人向火星表面降落的速度。基於同樣的原因，太空人要從火星起飛返程也是一項比從月球表面返回技術難度大得多的挑戰。當然，進出火星僅僅是在火星居住會遇到的部分問題，目前NASA 已經著手為營造火星居住點而制定各種富有想像力的計劃。

電影《登入火星》劇照。

然而，現在NASA不再是從事太空探索和火星競賽的唯一參與者。在線支付系統公司PayPal 的創始人兼企業家埃隆·馬斯克（Elon Musk）在2002年創立太空探索技術公司SpaceX 時明確表示，他的目標是在火星上建立人類居住地。SpaceX已經成功地用它的「龍飛船」（DragonSpacecraft）將貨物運送到了空間站，它還有意將太空人運送到空間站，然後送到更遠的太空。SpaceX目前採用兩級「獵鷹9號」（Falcon 9）作為運載火箭，其推力等同於5架滿載功率的747飛機，可升舉28噸重物進入軌道。

2015年12月，SpaceX成功證明，火箭的第一級可以安全返回著陸以便重新使用，並於2017年5月的第二次火箭發射中首次重複使用了第一級火箭。SpaceX現在正致力於研發功率更強的重型獵鷹火箭（Falcon Heavy），據說它能升舉55噸重物進入軌道。

馬斯克：希望使人類成為「多行星物種」

2016年6月在接受《華盛頓郵報》（Washington Post）採訪時，馬斯克第一次透露他有一個大膽的計劃，打算在2018 年派遣第一艘無人飛船前往火星。在2016年9月墨西哥瓜達拉哈拉（Guadalajara）的國際宇航大會（International Astronautical Congress）上，他更詳細地詮釋了這些計劃。兩年後，在澳大利亞阿德萊德（Adelaide）的國際宇航大會的演講中，他更新了這些計劃，並談到了使人類成為「多行星物種」的問題。

馬斯克計劃中的運載火箭有好多個名稱，例如行星際運輸系統ITS（Interplanetary Transport System）和BFR（B和R分別是英語「大」與「火箭」兩個詞的首字母），這種運載火箭的動力由31臺「猛禽火箭」（Raptor）發動機提供，起飛推力達到5400噸（接近1 100萬磅），能夠升舉150噸重物進入軌道，BFR 將取代以前所有的SpaceX火箭和飛船（獵鷹9號、重型獵鷹和龍飛船）。

電影《火星救援》劇照。

目前SpaceX的猛禽火箭還處於設計階段，根據現有計劃，將採用碳纖維罐分別儲存液態甲烷和液氧兩種燃料，要求能在太空中進行燃料補給，使BFR能升舉150噸直達火星。2022 年，馬斯克打算發射2次ITS，用龍飛船將兩批貨物送到火星並著陸。如果該公司能按極為大膽的時間表連續進行發射（很多人認為不現實），SpaceX將於2024年向火星發射4艘運載火箭，其中2艘運送補充物資，另外2艘運載人員，每艘運載的冒險者多達100人，他們將抵達火星並著陸，在那兒建立一個居住地，另外再建造一個推進劑生產基地，還要找到水源。

科幻迷們可能會發覺，馬斯克的計劃與20世紀90 年代羅賓遜（Kim Stanley Robinson）獲獎的三部曲—《紅火星》（Red Mars）、《綠火星》（Green Mars）和《藍火星》（Blue Mars）中描述的計劃十分相似，該書講到要在2026年將首批100名殖民者發送到這顆紅色的星球上。

在接下來的40年裡，馬斯克希望將多達100萬的移民送往火星，並開始改造火星氣候，使它更像地球氣候，這個概念被稱為「外星環境地球化」。他聲稱，他的火星人能在火星上維持生存，並能再次返回地球，因為他的火箭將定期往返於地球與火星。但是，移民們能夠返回地球的假設，首先取決於他們在太空和火星表面惡劣的輻射環境下的生存能力，其次取決於SpaceX 在火星上利用太陽能製造返程的燃料甲烷和氧的能力（汲取儲存在地下和大氣中的水和二氧化碳）。馬斯克的大膽計劃可能還需要投入數百上千億美元用於開發，這個超出了他個人的支持能力。

如果火星今天已有生命存在會發生什麼？

另一位科技億萬富翁、亞馬遜（Amazon）的創始人傑弗裡·貝索斯（Jeffrey Bezos），也通過他旗下的企業藍色起源（Blue Origin）製造火箭，並制訂了他自己的輸送移民到火星的計劃。2016年，藍色起源已經成功地發射了第一枚以美國第一位太空人艾倫·謝潑德（AlanShepard）命名的「新謝潑德號」火箭（New Shepard），並在亞軌道飛行中成功著陸。

藍色起源還在研發一具威力更強的火箭，名為「新格倫號」（New Glenn），它以美國第一位環繞地球的太空人約翰·格倫（John Glenn）命名。佛羅裡達州卡納維拉爾角甘迺迪空間中心的探險公園裡現在正在建造一座大型設施，該具火箭就打算從那裡進行發射。新格倫號的首秀定在2020年，計劃採用第一級可重複使用的三級運載火箭，該火箭連同飛船高達350英尺，以液氫和液氧為燃料。貝索斯預計這個項目需要長達數十年的時間，其目的不是發射衛星或運送貨物，而是將建造人類居住地所必需的設備運送到月球。然後，他打算將數以百萬計的人送入太空，讓他們在近地軌道上工作。只有到那時他才會把目光投向移民月球和移民火星。據貝索斯說，「我認為，第一步得去月球，在月球上建立家園，然後再去火星就會容易多了。」

NASA 可能還有一個競爭對手，那就是火星一號（Mars One），這是荷蘭一個私人集團的計劃。火星一號是巴斯·朗斯多普（BasLansdorp）和阿爾諾·維爾德斯（Arno Wielders）在2011年設立的計劃，打算在2020年向火星發射無人飛船，2031年將第一批機組人員送往火星，2033年運送第二批。火星一號在2013年已開始挑選太空人，計劃在2017年選出第一批機組人員，屆時他們將開始接受單程火星之旅的培訓。與NASA、SpaceX和藍色起源不同，火星一號什麼都不設計，也不製造，包括火箭、發射系統、著陸設備、生命保障系統或漫遊車等都不設計、製造。相反，他們準備從現有的航空航天公司購買所需要的一切。至於火星一號能否真正買到航天任務所需要的硬體，尚待關注*（* 火星一號運營組織於2019年1月宣布破產。—譯者注）。

電影《火星任務》劇照。

另外還有一玩家最近也宣布了殖民火星的計劃。2017年2月在杜拜舉行的世界政府峰會上，杜拜的酋長和阿聯副總統謝赫·穆罕默德·本·拉希德·阿勒馬克圖姆（Sheikh Mohammed bin Rashid AlMaktoum）宣布，阿聯計劃一百年內在火星上建造一座城市。阿聯的「火星2117 計劃」（Mars 2117 Project）目前只是一個概念，不過，它已於2014年設立了自己的空間局，並計劃於2021年向火星發射一個無人探測器，屆時恰逢阿聯從英國獲得政治獨立（1971年）50周年。

為什麼有那麼多人對火星感興趣，其原因就是火星上可能有生命，無論這種生命是未來的人類還是原著火星人。如果火星今天已有生命存在，那會發生什麼情況呢？如果21世紀太空人在火星上建起人類居住點又會怎麼樣呢？會不會給火星帶來死亡和破壞？就像第一批歐洲殖民者對付新大陸那樣，把天花、麻疹、百日咳、黑死病和痢疾帶入一個沒有能力抵禦這些入侵者的世界。他們還帶去了馬和豬，這些馬和豬為求生與原住野生物種展開競爭，而它們往往取得勝利。

舊世界的疾病和動物一起給新大陸的生物群造成了毀滅性破壞。人類在保護偏遠荒野地區方面也沒有良好的記錄。北極、南極和亞馬孫的生態系統都受到了人類文明的侵害、狩獵和全球變暖的威脅。如果我們連幫助北極熊、企鵝和巨獺在自己星球上的生存都不能達成共識，那我們還能為保護火星微生物的生存幹得成什麼呢？

火星微生物難道也那麼重要嗎？是的，十分重要。第二種生命，即完全獨立於地球起源的生命，可能已在那裡發生。即使火星上的生命只是些細菌大小的生物，它們隱藏在地下或地縫深處，既可以避免紫外輻射和宇宙射線，還可以找到水，即使如此，這些火星微生物對於理解宇宙中的生命也是至關重要的。

獨立於地球的火星生命清晰地向我們傳遞了一個外星生物學信息：只要條件許可，生命可以處處發生。另外，要是發現微觀生命也是以DNA為基底的話，我們還會獲得格外重要的一個地外生物學信息和人類遠古進化的線索：生命在行星際空間的傳播十分容易。生命一旦開始就會傳播，因此無論我們是火星人還是火星人是我們，彼此都有親緣關係。最後，如果我們發現火星是塊貧瘠不育之地，甚至連火星微生物都不存在，那就是說，人類在太陽系甚至可能在銀河系、在宇宙都是孤單的，比我們大多數人現在想像的更為孤單。無論答案如何都意義重大，所以，火星至關重要。

電影《火星任務》劇照。

隨著飛往火星的可能越來越大，對我們的這顆鄰居行星是否存在生命做出科學決定也越來越緊迫。讓太空人進入火星軌道幾乎不會造成汙染火星的風險。但是，如果人居船艙和太空人在火星上著陸、甚至建立居住營地，那我們就有可能在充分考察這顆紅色星球並發現是否存在生命之前，會無意之中摧毀火星上可能存在的生命。

我們或許得靜思細想，在開始殖民火星之前是否需要謹慎行事。是否殖民火星的決定也許不應該嚴格限於政治家、專業太空人和天文學家、太空愛好者，以及有錢的風險投資家，我們所有的人都應該更好地理解火星，都應該參與這場公共辯論。

以上內容選自《火星生命：前往須知》，較原文有刪節修改，小標題為編者所加，非原文所有，已獲得出版社授權刊發。

作者丨（美）戴維·溫特勞布

摘編丨何安安

編輯丨徐悅東

校對丨李項玲