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马斯克把跑车送上太空 人类移居火星还是自寻死路?

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美国东部时间2018年2月6日,在佛罗里达州肯尼迪航天中心,太空探索技术公司(SpaceX)CEO埃隆·马斯克团队打造的猎鹰重型运载火箭带着他的特斯拉红色敞篷跑车和身着太空服的人体模型顺利升空。猎鹰火箭的顺利发射不仅让航天运载进入商业时代,似乎也让马斯克的目标更近了一步:让数百万人移民火星,或者生活在太空中。

旅途漫漫

人类能否移民火星或太空中的其他星球,首先要看有没有运载工具让人类能够到达。从目前技术来看,人类是有这个能力的,但是,此次的马斯克的红色敞篷跑车未必能够到达火星。

马斯克称,这辆跑车将进入一条椭圆轨道,椭圆的一端在地球轨道,另一端在火星轨道。“本质上说,它将往返于地球和火星之间,我们估计它会在这条轨道上运行数亿年,甚至超过10亿年。有时候,它将会特别靠近火星,还有很小很小的可能性,它会撞在火星上。”

迄今为止,任何航天飞行器想要到达火星,基本上都需要通过霍曼转移轨道来进行变轨,才能从地球轨道转移到火星轨道,最终到达火星。红色敞篷跑车在被猎鹰火箭携带离开地球时,经过瞬间加速后,进入一个椭圆形的转移轨道。然后,跑车由这个椭圆轨道的近拱点开始追赶火星,与火星轨道交叉后再瞬间加速,进入火星轨道,环绕火星飞行,并选择在适合的时间和地点降临火星。

但是,猎鹰火箭此次只是把跑车送出地球轨道,跑车自身没有动力,也就不能加速变轨、调轨,也就难以进入火星轨道,无法到达火星。

另一方面,如果猎鹰火箭不能将红色敞篷跑车释放到正确的轨道上,后者也就无法到达火星。而实际情况也正是如此:2月6日,美国当地时间晚些时候,马斯克发表推文称,搭载红色敞篷跑车的火箭飞过预定目标,正在飞向火星和木星之间的一个小行星带,到达了小行星带最大天体——矮行星刻瑞斯的轨道附近。

不过,如果载人航天飞行器有动力并且被猎鹰火箭带到太空,通过霍曼转移轨道进行变轨,是可以到达火星的。美国航天局(NASA)已经多次做到了这一点。

从20世纪60年代以来,美国发射了10多次火星探测器,有6次实现火星着陆,其中最著名的是美国第7个火星着陆探测器、第4台火星车——好奇号火星车。它于2011年11月26日在美国卡纳维拉尔角空军基地被Atlas-V541火箭(AV-028)发射携带上天,火星车重899千克,加上火箭重量,共3893千克。

好奇号火星车也是通过霍曼转移轨道变轨,才进入了火星轨道,在2012年8月6日协调世界时05:17在火星的伊奥利亚沼着陆。从升空到着陆火星,好奇号火星车飞行了5.63亿千米,耗时近9个月(253天)。最重要的是,由于好奇号火星车用放射性同位素热电池(钚-238)作为动力(核动力),才能推动它变轨,并飞行到火星和着陆于火星。

根据这一技术,如果未来要移民到火星,猎鹰火箭必须携带有动力的太空飞船,将其送入太空,例如相当于一架波音737客机的飞船,这个飞船要装满燃料,还要坐满乘客,装满行李。

至于这个飞船是否也要像好奇号火星车那样旅行近9个月才能到达火星,目前难以估算,但是如果按SpaceX新型火箭BFR搭载载人飞行器的最高时速可达2.9万千米来看,也只是减少了到地球近地轨道的时间,无法减少变轨后飞船绕火星轨道飞行的时间。据此保守估计,人类从地球到火星的时间至少得半年。

对人体的考验

即便运载工具解决了,到达火星时的着陆等技术问题也可以解决,也还要看人类的生理和心理条件是否适宜长时间的太空旅行,以及着陆后是否适宜火星的环境,解决简单的但又是最基本的呼吸、饮水、吃饭等问题。

新的研究表明,假使能解决在火星上生存的基本问题,人类在火星上也可能面临危及健康和生命的重大影响,相关研究结果喜忧参半。

由于人类还没有移民火星,只能以最大程度相似于在火星生活的国际空间站的宇航员为对象进行研究,而且这是最好的优于动物试验的研究。

俄罗斯研究人员最近对曾经在国际空间站上长期执行任务的俄罗斯宇航员血液样本中的蛋白质进行采样和成分分析研究,对18名宇航员升空之前30天采一次血,返回地球之后立即采一次血,在地球上休整7天之后再采一次血,对血液中的一系列蛋白质-非感染性疾病生物标记物进行比较研究。结果显示,在太空失重环境下,人体免疫系统各种蛋白质的反应类似人体遭受感染后的反应,各种免疫球蛋白更为敏感,就像在进行积极的防御反应。研究人员推测,原因可能在于人体并不清楚该如何面对这种不熟悉的环境,开启了全部可能的防御系统。结果,在防御系统的“火力”全开之后,防御系统既不能有效保护身体,又可能因过度反应而损害机体。

当一场局部战斗被免疫系统视为全局战役而采取全面攻势并打尽了所有弹药后,免疫系统后续的抗御疾病的能力就大为降低,就像强弩之末,连普通感冒这样的小病也很难抵御。同时,由于辐射的结果,进入深空的宇航员死于心血管疾病的可能性要比从未离开地球和只进入近地轨道的人要高出4倍。后者死于心血管疾病的几率不到1/10,但前者死于心血管疾病的可能性会上升至43%。

不过,对美国双胞胎宇航员兄弟马克·凯利(Mark Kelly)和斯科特·凯利(Scott Kelly)的研究结果有不同解读。2016年3月,斯科特在国际太空站度过了340天,研究人员对他的和其在地球上的双胞胎兄弟马克·凯利(Mark Kelly)进行了同步研究,希望通过对遗传和身体条件基本一致的双胞胎的研究来了解在太空生活和在地球生活对人的生理和健康有什么不同的影响。

其中一个比较令人吃惊的发现是,斯科特在国际太空站时,其细胞染色体的端粒变长了,比他在地球上的弟弟马克的端粒更长,但是斯科特回到地球上,其端粒就迅速恢复正常长度,与正常值一致。这似乎表示,太空生活反而有利健康。但是,这并非定论,因为研究结果有不同的解读。

一般情况是,年龄愈大,端粒愈短。在国际太空站时,斯科特细胞的端粒变长,是否意味着人在太空反而能延寿呢?如果是这样,移民太空和其他星球或许就更有充足的理由。过去认为,太空环境会损害人的健康,但现在斯科特在太空时其细胞端粒比弟弟的长,至少可以说明,移民其他星球可能会让人更长寿。

而且,这也与生命演化有关,因为寿命的延长不只是健康问题,而是人类移居到一个与地球截然不同的自然环境后,可能延长了生命,也意味着,生命在地球和其他星球的起源、适应和演化会完全不一样。

然而,这只是一种推测,因为,实际上在有限的时间内研究人员还观察不到在太空住了近一年时间的斯科特就比马克的寿命长。而且,研究人员也有其他推测性解释,即斯科特在太空的细胞端粒变长与国际太空站上的宇航员更加经常运动,以及减少热量的摄入有关,运动和适当限食在地球上已经被证明是良好的生活方式,可以改善健康,延长寿命。

另外,斯科特在太空执行任务期间,其白细胞中DNA的甲基化水平下降,但其在地球上的兄弟马克的白细胞DNA的甲基化水平升高。DNA甲基化对调控基因表达、维持染色质结构、基因印记、X染色体失活以及胚胎发育等生物学过程中发挥着重大的作用。甲基化水平可以改变DNA的活性,但不改变DNA序列。不同的水平的DNA甲基化有不同的作用。但是,研究人员对在太空和地球上不同的甲基化水平还无法解释,只是认为,这种现象可能显示基因对环境变化很敏感。

从地球人到火星人?

火星上没有水,没有像地球上可供人呼吸的空气,更没有食物,还充斥着辐射,即便这一切如有些研究人员所预期的那样,可以通过科学技术改造火星上的环境,使其像地球一样适宜于人生存,但从人类生命的演化来说,是否真的适应火星环境呢?这才是需要最终解决的问题,否则,人就无法定居火星以及其他星球。

可以预料,人类很难适应其他星球环境,原因是,已经通过上亿年的生命演化而适应地球环境的人类不可能会轻易改变自己所有的生命机理,到了其他星球便意味着地球生命演化的终结和中止。

人类移民火星是换了一个截然不同的生存环境,也即从地球人换为火星人。火星上没有氧气、水、阳光和粮食等让人生存的要素自不必说,人类作为一个适应地球的整体生命来说,至少有上亿年或几千万年的定性、定形,人类整体相对于火星来说,再生能力太差,无法适应火星或其他星球。

从地球产生和人类在地球上的产生和演化来看,已经有45.5亿年历史。在45.5亿年前地球形成,液化水在44亿年前注入海洋,38亿年前最早的单细胞生物产生,此时,地球上的最简单生物就已经适应了地球环境和变化周期,白天和黑夜,春夏秋冬等,也形成了古老的生物钟。

到了2.25亿年前哺乳动物及恐龙起源,6500万年前大型恐龙灭绝后哺乳动物称霸,500万年前人类及黑猩猩祖先分离,20万年前身体结构像现代人的人类出现在非洲。此时,人的所有生理机能和生命结构完全铸型。

即便以人类与黑猩猩的分道扬镳的500万年算起,地球上的人类早就从基因、血液、各种细胞、神经和灵魂的深处适应了地球的环境,并且现在还在地球这个环境中继续演化。一个最明显的例子是生物节律。

2017年诺贝尔生理学或医学奖授予生物时钟的发现,这个发现指出,地球上的人和其他生物是依赖于24小时的生物节律而生活和工作的,尤其是人类长期以来遵循日出而作,日落而息的节律。人是环境的产物。尽管生物钟是由基因决定的,但是基因的形成和发挥作用则是环境决定的,而且是在环境的作用之下让动植物长时间逐渐演化形成的,这就是地球形成之后的自转和围绕太阳的公转。人和动植物24小时生物时钟,以及潮涨潮落等,都是适应地球24小时自转一周的结果,春种秋收、夏热冬寒则是地球围绕太阳一周365日5小时48分45.6秒结果。

如果移民到外星空,目前还没有一个星球的自转和公转完全与地球相似或相同。尽管火星自转一周的24.6小时与地球自转一周的23小时56分4.09秒相近,但火星绕太阳的公转是1.88年(687日),与地球上一年相差太远,所以,仅就适应生物时钟来看,移民外星球也将是地球人的生命不能承受之重。

一旦到了与地球截然不同的外星环境,在几百万年中建立起来的人类生命的所有生命规则、生理机能都会不管用了,也就意味着人类生命的终结,这也是为何人到太空免疫系统会产生过度反应的原因之一。

不过,也有一种可能,地球人可以像人体已经成形的体细胞一样,在火星上重新编程,以适应火星的环境而演化为火星人。尽管细胞的重新编程获得2012年诺贝尔生理学或医学奖,但是,从细胞重新编程到个体的孕育、诞生、成长和适应环境,再到整个种群适应环境,让地球人演化为火星人,这中间差着多少千山万水和时空距离,实在难以估量。

更何况,由于火星上不具备地球上的氧气,一到火星,如果没有氧气面罩的支持,一旦吸入火星上二氧化碳占95%的大气,不是窒息,就是死亡。加上没有水、食粮,以及会陷入全面辐射中,移民火星基本上就是自杀。当然,还有一个整体规化,把火星改造得像地球一样,而这目前也只是一个理想。

当然,无论如何,埃隆·马斯克都是一个不同寻常的人物。在2016/2017年国际宇航大会上他就提出,火星移民方案的关键就是“大猎鹰火箭”(BFR)。就在此次猎鹰重型火箭发射前,马斯克在电话新闻发布会上表示,没有必要让猎鹰重型火箭达到载人飞行水准。该公司更大的、完全重复使用的BFR研制工作取得进展,这种火箭采用两级设计,第二级同时作为乘组的飞船或货运飞船。据悉,BFR高106米、直径为9米,配备31台猛禽发动机;其上的星际飞船有40个载人舱,每舱能容纳3人,这样,一次发射就能运送120人,因此,可大规模开展火星移民。

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