天文學家詳解《火星救援》：或是20年後的現實世界

“你的音樂品味實在是太差了！”在太空中與“火星探測組指揮官”梅麗莎緊緊相擁時，“宇航員”馬克抱怨道。

令影迷期待已久的太空科幻大片《火星救援》終於在國內上映。片中，6名首次登陸火星的宇航員遭遇風暴，匆匆結束任務，混亂中馬克被留在火星，成為“太空魯賓遜”。幸運的是，在各方努力下，他最終獲救回到地球。

獨自在火星上度過的500多天（火星日比地球日長40分鐘左右）裏，馬克是怎樣生存的？梅麗莎存在電腦裏的迪斯科音樂顯然只能作為“精神食糧”，他更需要適宜的環境和物質條件。結合片中的科技元素，中科院國家天文台副研究員、科普專家鄭永春向記者介紹了火星上的生存之道。

防輻射是重大難題

居住艙具有温度、濕度和空氣調節功能，是馬克在火星上的家，也是他得以生存下來的重要保障。鄭永春認為，這是人類探索火星之前必須解決的重要前提。

他介紹説，NASA（美國國家航空航天局）已建立火星生存模擬系統，對航天員進行訓練，為在火星長期生存做準備。該系統擁有獨立的生命保障系統，分為上下兩層，包括起居間、工作站及模擬氣閘艙。目前這套系統還在進一步改進。

而對於火星輻射，影片中描述得較少。鄭永春表示，火星上輻射太強，人類還沒研發出適當的防護手段。

他介紹，在前往火星的途中，航天員主要面臨兩類危害健康的輻射粒子。一類是劑量較低但長期存在的銀河宇宙射線，能量高、穿透性強，普通飛船外殼基本無法阻止，即使是30釐米厚的鋁板，防護效果也極為有限；另一類是太陽耀斑和日冕物質拋射時產生的太陽高能粒子，通常是指能量為數百兆電子伏特的質子，其能量比銀河宇宙射線低得多，持續時間較短，利用飛船外殼可以進行有效防護。“未來的載人火星飛船很可能會配備一間‘太陽風暴庇護所’，在太陽風暴發生時抵禦高能粒子。”他説。

為了給航天員設計有效的輻射防護系統，科學家已開展了對火星輻射環境的探索。2011年發射的好奇號火星車搭載了一台輻射評估探測器（RAD），目的就是為載人火星旅行提供基礎數據。按照RAD的測量數據，航天員在火星上接受的累計輻射劑量，相當於每星期接受一次全身CT掃描。

鄭永春説，隨着科技的進步，未來或許能發現一些新型輕質材料，具有比鋁板更好的防護效果。但即使找到這種材料，也只能降低部分輻射劑量，穿透防護材料的射線仍會對人體健康產生危害。

因此，防輻射是航天員登陸火星面臨的重大難題。“現實的選擇是就地利用火星土壤，加入粘結劑固結成型，或填充在包裝物裏。”他説，“一定厚度的土壤能有效降低太空輻射對航天員的危害。”

再生水回收系統必不可少

水是生命之源。鄭永春説，火星上曾經有過河流和湖泊，但現在的火星上尚未找到可用的水源。NASA不久前宣佈發現的火星液態水，只是含有高氯酸鹽的有毒滷水，分佈在少數火星撞擊坑陡坡上。要在火星生存，再生水回收系統必不可少。

影片中，馬克研發了一套再生水回收系統，儘可能收集居住艙內的所有水氣，讓自己得以生存。

鄭永春介紹，再生水回收系統已經在國際空間站上得到了成功應用。在國際空間站，不會有任何一滴汗水、眼淚或尿液被浪費。這種新的淨水系統被稱為“水膜”，利用納米技術和調節生物體水分的蛋白質技術，可以將汗液、尿液等廢水轉化為可飲用水。有位航天員曾説：“在國際空間站，我今天喝的咖啡就源自昨天喝下去的咖啡。”箇中含義你懂的，在荒野求生紀錄片裏，很多人靠喝尿液才得以生存，其實這一幕每天都在國際空間站上演。

外星生存還有一項重要條件：氧氣。沒有氧氣，馬克無法隨意進行艙外活動，他必須隨身攜帶氧氣補給。鄭永春表示，如果未來人類要在月球生存，所需氧氣或許要依靠鈦鐵礦和氫氣的氧化還原反應生產水，然後用水來電解產生氧氣。火星生存所需的氧氣也來自於水的分解，以電解方式分離水分子中的氧氣和氫氣，這套製氧設備已經成功用於國際空間站。氧氣釋放到空氣中用於維持生命，氫氣則進入制水循環系統。

耕種火星農業試驗田

航天專家、《國際太空》雜誌執行主編龐之浩介紹，NASA已準備為探索火星組建團隊，團隊裏每個人都得有一手“絕活”。

龐之浩説，該團隊要有技術高超的駕駛員，能夠應對飛船在飛行、着陸時可能遇到的困難；要有全能醫生，從外科、內科到牙科都比較瞭解，如果有女航天員，還得懂婦科；要有全能的工程師，保證飛船各系統乃至艙外航天服都正常工作；要有全能科學家，懂地質、化學、氣候等，以擔負科學考察任務。“這四種專業人才，將是探索火星的基本配置。”

照此看來，馬克算不上團隊裏的核心成員。重新和乘組取得聯繫後，隊友也在表達思念之餘不忘調侃：“我們得輪流分擔你的工作。不過，不就是些農活麼？”

然而馬克的絕活對他的生存功不可沒。“幸好我是植物學家。”走出最初的絕望後，他對着視頻記錄儀咆哮道，“火星將懼怕植物的力量！”然後他決定給自己種糧食。

種植作物，先要培養土壤。鄭永春介紹，火星土壤與地球土壤的物質組成基本相同，但地球土壤裏有微生物羣落，火星土壤中卻沒有，而某些特定養分只能通過微生物來提供。

影片中，馬克把所有能找到的有機物都儲存起來，甚至出艙撿回了隊友的糞便。按照劇情設計，航天員的糞便經脱水、滅菌後裝進密封袋，遺棄到火星表面，雖然已不含微生物，但含有複雜的蛋白質。此時它們發揮了重要作用。馬克把它們裝進容器，加水並加入自己的糞便後，微生物大量繁殖，隨後加入火星土壤以及攜帶的地球土壤，讓地球土壤中的微生物感染火星土壤。一週後，火星土壤就被改造成充滿微生物的地球土壤，此後每週被改造的土壤規模都能增加一倍。

土壤搞定了，馬克開始從食品中尋找可以種植的作物，要獲取熱量，土豆是最佳選擇。儘管後來他的農田在一次意外中毀掉了，但已經收穫的土豆加上居住艙內的食物儲備，最終讓他撐到救援到來。

“種植農作物是太空探索和火星探測的重要項目。”鄭永春介紹，今年國際空間站上已成功栽培出新鮮蔬菜。蔬菜是空間站上極具開發潛力的新鮮食材，只要用有色光線控制，就能乖乖生長，其中生菜最容易種植。

而在火星上種植，需要篩選適應火星環境的作物。他表示，在火星上種植作物，不僅可以滿足航天員的營養需求，還能大大減少從地球上運來的物資，降低任務的技術風險和成本。

記者瞭解到，火星的自然環境與地球最相似，是太陽系中唯一經改造後適合人類長期居住的天體。美、俄、歐空局等早就開始醖釀載人登陸火星計劃，中國也正在積極規劃自主火星探測。當前，重型運載火箭和新一代載人飛船的性能顯著提升，載人登陸火星不再是紙上談兵，人類有望在未來20年（2035年）左右首次登陸火星表面，航天員乘組很可能是多國合作的“聯合國際”航天員。人類登陸火星後，將朝着建立火星前哨站、改造火星環境、火星移民的長遠目標逐步邁進。

“從某種程度來講，《火星救援》並非科幻，而是展現20年後的現實世界。”鄭永春説。

（科技日報北京11月25日電）