無定向學堂:移居火星 懶人無份?

文章日期:2019年03月24日

【明報專訊】SpaceX的「載人龍飛船」(Crew Dragon)月初成功載運四百磅補給品和一具假人,與國際太空站對接,消息指最快七月載運太空人。

在地鐵都會相撞的今天,令我們覺得地球實在很危險。

「你都係返火星啦!」這句經典電影對白說了很多年,至今為何仍然未能實現?我們對火星的幻想又是從何而來,天馬行空的移居想像,目標為何只能是火星?

要移居火星,我們還有什麼需要克服?

未來家園 為何是火星?

距離地球最近的行星,是金星和火星,金星甚至更要離我們近一點,卻不曾聽到有人叫我們返金星。中文大學物理系講師梁寶建博士在通識沙龍中,亦將以「火星:人類未來的家園?」為題演講,我們不能住金星嗎?「它雖然最近地球,但表面溫度非常非常高,是所有行星中平均溫度最高的,因為它有很厚的大氣層,大量的二氧化碳造成很強的溫室效應,不太適宜人類居住,以往就連放探測器上去,不消一會就壞掉。」所以他認為人類登陸月球以後,以火星作為下個目標自然不過,多年來也有不少科幻電影選擇以探索火星為題材,包括數年前的《火星任務》。

人類很久很久以前已經對火星產生好奇,「史前人們看見天空上有幾顆光點會動,已經覺得它們與別不同,那五顆就是用肉眼看得到的金、木、水、火、土行星。直到後來發明了望遠鏡,一望上去,更激發大家無窮的想像力」。梁寶建展示一張繪圖,是一八七七至一八八八年期間人們對火星的觀察,他指向圖中縱橫交錯的線條,「以前的人用低倍數望遠鏡望上去,以為上面有運河,一直以為火星上面有火星人,有文明,其實只是天然地貌」。他指直至今天,仍有科學家相信火星有機會孕育生命,因為當地球的一些極端環境,例如水溫八九十度的溫泉區、冰封的海底、南美洲乾旱沙漠的石頭裏都發現細菌,「生命咁頑強,想像其他地方有生命都唔出奇,也會懷疑是不是只有地球咁特別呢?」

一方面有人好奇火星目前的環境條件,究竟能不能維持生命,也有人想到地球難免有一天如六千五百萬年前遭巨型隕石撞擊,「以我們的技術,沒什麼可能可以避開,又覺得遲早會發生,試試找其他地方也很正常」。

第一張火星傳來的圖片

梁寶建打開一張黑白照片,說是第一張從火星傳來的照片,在一九六五年由水手四號傳送。照片只能看出一團白色的氣體狀在黑色的背景下聚攏,梁寶建笑說他也無法從這張照片看出什麼,但指出在當時的菲林年代,發明數碼相機以及特製鏡頭拍並攝傳送已相當不容易,「唔係太空人飛上去影,落嚟冲曬」。及後五十多年來美國、歐洲、蘇聯分別透過發射不同探測器到火星收集資料,令我們漸漸掌握更多。梁寶建解釋「火星車仔」控制如何不容易,「平時遙控車有一秒delay你都覺得很困擾,但地球和火星之間的距離,信息要很長時間才能傳送過去」,而且,除了按指令移動,也要按面前障礙自行排解困難。

火星宜居嗎?

1.火星有水嗎?

現時還沒有證據顯示火星有生命存在,研究生命得以維生的條件是其中一個求證方向。「是很主觀,只能以我們有限的知識想像,地球上生命都需要水維生。」梁寶建指出,因此火星有沒有水,早期已是重點研究方向:

◆冰的蒸發

二○○八年,鳳凰號探測器在火星表面挖掘,拍下一張照片,發現泥土中有冰狀物體,對比四天後拍到的照片,發現「冰」消失了,梁寶建指,探測器透過量度氣壓與溫度等條件,證實在相關環境條件下蒸發的必然是冰。

◆發現「藍莓」

二○○四年,NASA機遇號探測器在火星發現一些微小球體散佈在岩石表面。梁寶建指,地球上都有類似結構,「那是有大量的水的情况下會出現的凝結結構,像礦物質,大家都稱之為『藍莓』,並相信是曾有水存在過的證據」。

◆乾涸河道

歐洲的火星快車號及其他圍繞火星的探測器所拍攝的地標照片,均顯示以往火星曾有大量的液態水。事實上,在火星鳥瞰圖上,不難發現貌似有被流水冲擦過的乾涸河道。但現今火星是否仍然有水?梁寶建指十數年前,NASA已發現火星上有季節性條紋,「夏天時有一條條長條狀的,會延長和改變少少形狀,冬天就好像沒有了」。直至二○一五年NASA正式宣布透過測量光譜,發現是溶在水裏的鹽分散發的光,由此證實拍到的是水。國際太空站現已使用淨水系統,過濾和蒸餾空氣中的水分、汗液和尿液,既然有水源,火星上飲用水的問題或可參考類似做法。

2.穿太空衣抵抗低溫

火星與太陽的距離,比地球與太陽距離多近五成,接收的能量少一點,所以溫度較低,平均溫度比地球低約50℃。加上大氣層很稀薄,氣壓只有地球的百分之一,因此溫室效應非常弱。梁寶建比喻大氣層為被子,大氣層稀薄就不能將本來已經很少的能量好好保存,但依然有分明的四季。「但地球上一些地方例如南北極、西伯利亞,大家都有辦法生存到,或者匿在地底,因為也要防禦輻射。可能穿太空衣加熱維持溫度,現時科技應該解決到。」

梁寶建說,有人提出奇想:加熱火星兩極的冰,使大氣層變厚,溫室效應加強,令溫度上升。對於在火星複製一個地球,他十分反對,「可以說是道德問題,在科學研究方面,火星還存在很多未知,太多值得研究,這樣做就等於開發具有考古價值的遺址起樓」。

3.每隔幾天要倒時差?

火星的自轉周期為二十四小時三十七分鐘,與地球相差不大,梁寶建笑說,雖然未必需要重新適應新的作息時間,但可能感覺每幾天就jet lag。

在火星,日照時間亦如在地球上需要視乎緯度,但因為火星上陽光很少,平均日照強度僅是地球的43%,種植也變得困難。「火星上的土壤,含有毒成分,其實都不適宜種植地球植物。」但他樂觀指出,如果一定要移居火星,可以運送地球物資、仿效國際太空站採用LED燈讓植物進行光合作用,甚至以基因改造等方式解決。

4.高山低谷

從火星照片得知,它的表面凹凹凸凸,梁寶建形容「可能是整個太陽系裏地表高低起伏最大的地方」。梁寶建指火星上的水手號峽谷是大峽谷的數倍大,而火星的奧林帕斯山平均高度約二十一公里,「地球最高的山,都不夠十公里高」。地表起伏大,會影響宜居度嗎?「香港都住到咁多人,應該沒什麼問題」。

登陸火星不容易

說「返火星」說了很多年,前美國總統奧巴馬數年前亦揚言將在二○三○年送人類上火星,並安全返回地球,指希望人類能在火星構建可供居住的設施,以便作短暫停留。距離目標僅餘十年許,人類朝火星進發的軌迹,有沒有出現偏離?梁寶建表示,美國雖然因國策改變,在原有的穿梭機逐一退役後,已沒有建造穿梭機,卻鼓勵私人公司開發,其中電動車品牌Tesla的執行長馬斯克(Elon Musk)創辦SpaceX,去年獵鷹重型火箭(Falcon Heavy)成功試射,將馬斯克的跑車送到火星去。雖然火箭不以登陸火星為目標,梁寶建說任務意義在於能夠克服遠距離的射程,「飛到比火星更遠」。

1. 隕石如子彈 火箭會穿窿

證明了射程和運載力,還有什麼顧慮?梁寶建指出,飛往火星的過程中,隨時有小隕石撞擊火箭,速度很快,「粒粒像子彈,所以很危險,有些人造衛星都因此損毁」。而現時未有能百分百抵禦的堅固物料,即使「命中率」難以預料,若火箭載人,安全規格一定比目前更高,「車仔壞了就派下一架,但人唔可以」,這是其中一個必須解決的問題。

2. 搭一程火箭 輻射已超標

「從地球到火星期間,太空人會接收很多輻射,這一程接收的輻射已經多過太空人整個career接收量的規定。」還未落戶火星,穿梭的過程已困難重重。梁寶建解釋,地球的地心很熱,可以維持磁場,像保護罩般擋掉太陽放射的高能量致癌粒子,而火星沒有。除了透過特製衣服和厚鉛板被動地抵擋輻射,亦有人提出研究更主動方式,例如人造磁場。

3. 加快骨質疏鬆 視力受損

居住火星,就要生活於低重力狀態,身體機能一定產生某些影響,例如骨質疏鬆。「即使我們平常很懶做運動,其實都要actively抵抗地心吸力,肌肉和骨骼都要做嘢,就算你唔郁都已經做緊」。所以居住火星,必須不停做運動減慢骨質疏鬆,訓練肌肉骨骼。

為了解更多潛在機能影響,NASA 二○一五年進行了為期約一年的人類研究項目,分析雙胞胎兄弟太空人Scott和Mark分別在國際太空站與地球生活的身體變化。其中發現因為身體裏的液體重新分佈,液體或從下半身往上流動,「可能增加眼壓,造成視力受損」。

4. 一去不回頭?

除了生理,心理問題也需要照顧。NASA二○一七年資助了新一輪「模擬火星生活」任務,選址海拔二千五百米、冒納羅亞活火山下設立基地,模擬火星環境。八個月期間,六位成員住在一千平方呎圓頂屋裏,間中步出「太空艙」也需穿上太空衣,每天進行科研記錄,對外通訊也模擬由火星傳信息到地球的二十分鐘延誤。長時間困在狹小環境,可能有壓力,而梁寶建認為此類模擬實驗與真實情况差異太大,「移民去另一個星球,過程出錯的可能很大,很大機會死。即使唔死,過去那邊也有可能回不去地球。這種心理負擔是無論在地球如何營造都模擬不到的」。

5. 領土問題最難解決

開發新的星球,在上面定居,是人類前所未有的經驗。梁寶建感慨,科技的問題可以計算,透過投資和研究訂立目標,但政治問題如怎樣劃分領土,卻難以預料,「北極本來不屬於任何一個國家,但有分析預測將來冰會溶,航道會通,或者有天然氣可以開發,好像不同國家都嘗試『插旗』」。他感慨道,如果將來因為政治原因,不能移居火星,或者是人類這個物種根本不值得擁有這個地方。

火星:人類未來的家園?

日期:3月28日(周四)

時間:晚上7:00至9:00

地點:中文大學康本國際學術園4號演講廳

查詢:www.cuhk.edu.hk/oge/gesalon

文 // 潘曉彤

圖 // NASA、ESA、Wikimedia

編輯 // 王翠麗

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