太阳系漫游指南‖在火星野炊的前置准备

原创愿开心中科院地质地球所

导言

太阳系相比整个宇宙，犹如一粒微尘般毫不起眼；我们所在的蓝色地球相比整个太阳系，也如同一粒微尘。我们人类，在这粒微尘之上，仰望星空，想象着有朝一日，能够遍访宇宙中的所有星球，能够游历宇宙中的每一个角落。

上次我们已经讲了，如果要去金星做一番详尽的地质考察，需要什么样的装备和个人准备，这次，轮到距离地球第二近（指公转轨道半长轴）的火星了。

火星是除了地球以外，人类探测最多、最频繁、了解也最深入的行星了，在不远的将来，也有望成为人类走出地球，登陆的第一个行星。

那么，要去火星做地质考察，优秀的科学家们应该准备些什么呢？

在火星野炊的前置准备

火星是太阳系的第四颗行星，与金星一起，把地球夹在中间。

金星的公转半长轴是0.723332天文单位，而火星是1.523679天文单位（1天文单位约等于地球到太阳的距离）。

那么显而易见：金星比地球热些，火星会比地球冷些。

准确来说，火星表面平均温度大约零下63℃，最低温度（极地冬季）零下143摄氏度，最高温度（赤道夏季）35摄氏度。相比起地球，大约14.9摄氏度的平均气温来说，是比较寒冷的。

图1 火星和地球的对比

在野外地质考察，说到冷，就会想起篝火；说到篝火，就会想起野炊。作为地质考察不可分割的一部分，野炊是有着十分重要的意义的，是保持考察人员精力旺盛，精神集中的必要条件。

在火星做地质考察也不例外，毕竟，人是铁，饭是钢，就算火星再神秘再美，也不能不恰饭嘛！

图3 火星神秘也要吃饭

（“火星脸”Cydonia, 火星侦察轨道器与海盗号轨道器拍摄）

2015年的电影《火星救援》，讲述了主角马克·沃特尼在流落火星后，靠种土豆养活自己的故事。土豆是重要的粮食作物，产量仅次于玉米、麦和稻。土豆富含淀粉及维生素，更可贵的是非常好吃。烤土豆沾盐巴简直就是人间美味。

但是，我大吃货帝国的人民，怎么能止步于烤土豆这一种做法，怎么能拘泥于土豆这一种食物！毕竟我们的土豆是这样做的：

图4 凉拌土豆、孜然土豆、红烧土豆、青椒土豆丝

来到了火星，离家数百万公里，为了吃到那些美食，必须要自己动手来种菜，才不负大吃货帝国的威名！

火星，微微发红的粗粝沙土覆盖着表面。这沙土干燥而寂静，全无生命的存在，哪怕是顽强的微生物都无法在火星的沙土中存活。

火星救援里的马克在门口随便挖了点土就种起了土豆，而事实上，火星的土壤是含有毒性的。火星的土壤富集高氯酸盐，例如高氯酸钙，大约为土壤的0.5%。这最早是由Sojourner（旅居者号）火星车发现的，它是人类第一台在另一颗行星上工作的巡视器。

图5 Sojourner号火星车

这个级别的高氯酸盐对于人体是有毒的，对于植物也有很强的毒性。很少有植物可以在这样的土壤中生存，毒素也容易富集在植物内部——换句话说就是人类吃这样种出来的菜，比直接吃土还更容易中毒。高氯酸盐是一种弱氧化剂，很稳定，不易分解，在地球的一般环境下往往需要几十年时间才能降解，而常见的还原剂中，只有少数几种非常强的还原剂才能破坏高氯酸根。

图6 火星上的土（勇气号拍摄）

科学家当前在高氯酸废水排放口附近，筛选出一些具有还原降解高氯酸的厌氧微生物，能将高氯酸根降解成氯化物，而氯化物对于人体通常是无害的，比如我们熟知的食盐——氯化钠。这类微生物，将是解决火星土壤毒性的关键。

前面说到，可以用特殊挑选的微生物来降解火星土壤的毒性，火星表面没有氧气，正好也符合厌氧菌的需求。那么，把这厌氧菌往火星的大地上一撒，不就完了？

没完，火星的大气层很薄，大量的有害射线投射进来，就像实验室里开着灭菌灯，强力杀菌，什么微生物都活不了。

图7 MAVEN拍摄的火星大气逃逸

火星曾经具有足够的大气层来保护自己，但是，在40亿年前，火星因为某种原因失去了自己的磁层，太阳风没有磁层的阻挡，径直吹向火星的大气层，把火星本来足够浓密的大气层“吹跑”了。

现在火星表面平均大气压强约为600Pa，大约相当于地球35公里高度高空的大气浓度，非常稀薄。稀薄而不含氧的大气，显然不适合植物的生长，不适合种菜。此外，由于大气稀疏，火星的保温能力差，表面温度偏低，赤道在夏天昼间虽然可以达到30摄氏度，但是夜间或冬天依然很冷。

图8 火星沙尘暴，左为沙尘暴前，右为沙尘暴中

火星表面常年不定期会刮起恐怖的沙尘暴，火星拥有太阳系内规模最大的沙尘暴。风沙速度可达160km/h，严重时会覆盖整个火星，对鲜嫩爽脆的蔬菜，明显是个巨大的威胁。毕竟抗风的菜肯定老得咬不动，而鲜嫩爽口的蔬菜肯定不抗风。。。。。。

所以为了能好好种一波菜，我们需要一个加压、防辐射、保温、防风的大棚，来提供净化土壤的微生物，以及我们要吃的那些蔬菜水果生存生长的环境。

能耐心看到这里的读者想必都是热爱科普的小可爱或者大可爱，一定知道，关于火星最大的关注点之一就是——火星到底有没有水。

这其实也是吃货最关注的，有水才能种菜，有水才能煲汤，有水才能蒸菜，有水才能烧香喷喷的米饭。

火星有水，还有不少呢！在2005年，欧空局（ESA）的火星快车，就用雷达发现了火星两极以及中纬度地区大量水冰的存在。2008年，NASA的凤凰号火星着陆器实地采样了火星浅层土中的水冰。更进一步的，NASA的好奇号火星车在任务中，也发现了大量沉积岩的痕迹——这意味着液态水也曾经存在过。

图9 火星快车拍摄的接近北极的Korolev撞击坑里的水冰

但是，火星现在可能已经无法找到液态水了，还是那个理由——它的大气太过于稀薄。目前，科学家普遍认为，在那些能够保持常年低于冰的熔点的区域，例如两极和中纬度的撞击坑内，存在大量的固态水冰，这些水冰可能意味着火星上曾有海洋的存在。

中国人居家讲究一个门前有活水，背后有靠山，这是出于防灾防火，方便生活考虑的，后来才引申为风水学。如今在火星上，活水是不可能了，那就找一个有水冰的撞击坑环形山脚下，化冰成水、可以沏茶、可以浇地、也可以煲汤。

现代农业需要大量的肥料来维系，不施肥，很多蔬菜甚至无法正常生长。在火星搞科学考察，建立科学考察站，站内所能构建的局限的、小型的生态圈，肯定无法做到自给自足，也就是说，像火星救援里那样纯粹用农家肥，肯定是会很快陷入无以为继的局面的。

火星的土壤含有一定的镁、钠、钾和氯，但是作物的生长需要补充大量的氮、磷、钾，火星的土壤不能完全满足需要。如此一来，来自外界的肥料——化肥，就是必不可少的了。

化肥来源于各种各样的矿物，矿物的开采则离不开矿脉。矿脉需要经过一系列的地质活动来形成，我不是这方面的专家，但我推荐大家阅读一下我们公众号的“天天学普地栏目”（认真脸）。

火星被认为已经“死去”，其地核已经基本冷却，地壳极其不活跃，所以没有内生的动力来继续维持各种各样的地质活动——这也就是说，已经几乎不会再有什么新生的矿脉了。

但是，现在没有不代表以前没有。火星过去有过剧烈的地质活动，其明证就是火星北极附近的奥林帕斯火山（Olympus Mons）。

图10 海盗号拍摄的奥林帕斯火山

这座山的名字，明显是在致敬希腊神话里的奥利匹斯山脉——众神的居所。名副其实，奥林帕斯火山的高度大约有2.5个珠穆朗玛峰海拔高度，大约有22km高，是太阳系已知的最大的火山，也是太阳系已知的第二高的山峰，最高的行星山峰。奥林帕斯山是一座盾火山，其面积几乎要追上法国全境的面积，整座山的平均坡度很小，只有大约5度，但是其边缘为最大达到8km高的悬崖。其山顶还有两个撞击坑，半径分别为15.6km和10.4km，被认为是火星陨石中最丰裕的辉玻无球陨石的，最主要的物质来源。

图12 奥林帕斯火山与法国全境的对比

图13 奥林巴斯山与珠穆朗玛峰、莫纳克亚火山的对比

虽然这座山一看就很有矿的样子，但是短期内还没办法上去采矿。一来，四周都是峭壁，没办法爬上去；二来，高度太高（22km）都快要戳破火星稀薄的大气层了，在这样的高度上降落伞并不能起到很好的减速作用，因此短期内也没办法直接降落在山顶。然而，火星上还有很多的规模庞大的火山，还发生过很多波澜壮阔的地质事件，所以一定也有着很多的矿物等待着被吃货帝国的人炼成化肥。