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感受到压力

感受到压力

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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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