建立火星棲息地需要多少人？

　　隨著地球環(huán)境惡化，不再適合人類居住，在火星上建立新家園迫在眉睫。2026年，經(jīng)過層層選拔，最終100個人類(男女各50人)被選為第一批火星移民，前往火星進(jìn)行探索，并對火星環(huán)境進(jìn)行改造，建設(shè)火星棲息地。這些來自不同國家的各領(lǐng)域精英懷揣著夢想飛往火星。到達(dá)火星之后，他們遇到種種困難，但經(jīng)過多年的努力，最終火星城市建立起來了……

　　這是美國科幻作家金·斯坦利·羅賓遜1992年出版的的科幻小說《紅火星》中對人類移民火星的描述。然而現(xiàn)實(shí)中，至今還沒有人類登陸火星，登陸火星的探測器也屈指可數(shù)。這是因?yàn)槿祟惽巴鹦堑穆飞嫌刑嗟摹敖O腳石”。

　　太空環(huán)境對人類不友好

　　前往火星是一個漫長的旅程，少則需要數(shù)月的時間，多則兩三年?；鹦侵弥校祟悓⒉豢杀苊獾爻霈F(xiàn)各種健康問題。

　　遍布宇宙的宇宙輻射是阻礙人類前往火星的一大障礙。在一些研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙射線會導(dǎo)致人出現(xiàn)焦慮的情緒，使人記憶力衰退。不僅如此，已有的研究還表明，宇宙輻射和太陽風(fēng)會導(dǎo)致DNA損傷，從而使人患上癌癥，還會損害人的神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)，并可能導(dǎo)致腦部疾病。

　　以人類目前的技術(shù)，建造的飛船能抵擋大多數(shù)輻射，但是在太空中的時間太久，受到的輻射仍會對人產(chǎn)生不良影響。而火星大氣與地球大氣相比稀薄了100多倍，宇宙輻射很輕易就能到達(dá)火星地表。在火星上活動的人時刻都遭受著高劑量的輻射，這將會對他們造成傷害。

　　待在飛船中是避免遭受高劑量輻射的好辦法，但是，長期處于低重力環(huán)境中，人的循環(huán)系統(tǒng)、大腦和平衡系統(tǒng)將受到干擾。研究顯示，在低重力環(huán)境下，體液傾向于流向頭部和上半身，導(dǎo)致大腦位于顱骨中較高的位置。這還會導(dǎo)致宇航員的眼睛后部變平，從而影響他們的視力。

　　不僅生理受到影響，在漫長的太空旅行中，人的心理也會受到影響。密閉的環(huán)境讓人變得煩躁、易怒，情緒變得低落。這就是為什么宇航員需要在洞穴中或者其他隔離空間中進(jìn)行模擬訓(xùn)練的原因之一。

　　火星之旅還未啟程

　　更重要的是，人類還沒有建造出適合載人飛往火星的安全的飛船。到目前為止，大多數(shù)火星任務(wù)只是飛越火星或者繞火星運(yùn)行，在著陸火星的任務(wù)中，只有大約40%是成功的，而且都是沒有載人。

　　目前，一些國家已經(jīng)開始了登陸火星的計(jì)劃，比如美國宇航局計(jì)劃在2030年將宇航員送往火星，中國計(jì)劃在2033年開展載人火星探測任務(wù)等。為了登陸火星，科學(xué)家們也開展了一些模擬火星生活的實(shí)驗(yàn)。比如2011年，由俄羅斯組織、多國參與的火星-500模擬實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在520天中，模擬飛往火星、登陸火星、返回地球的全過程;2015年，美國宇航局召集6名科學(xué)家，在夏威夷的一個與世隔絕的實(shí)驗(yàn)室中，進(jìn)行了為期1年的火星生活模擬實(shí)驗(yàn)。

　　不過，目前各國、各機(jī)構(gòu)的都只是計(jì)劃將數(shù)名宇航員送往火星，而且很可能只提供單程票。美國的SpaceX的火星計(jì)劃則更加宏大，他們首次載人火星任務(wù)計(jì)劃將12名宇航員送到火星并建立一個小型基地，隨后利用火星上的資源制造飛船燃料，返回地球。而他們的目標(biāo)則是建造一次可以搭載100人的可重復(fù)使用的星艦，并計(jì)劃在2050年將大約100萬人運(yùn)往火星，在火星建造一個大型的棲息地。2021年5月，在進(jìn)行4次試飛測試之后，星艦原型機(jī)在試飛中成功著陸，不過著陸后星艦原型機(jī)底部有起火現(xiàn)象。因此目前來看，人類要在火星上建立棲息地還只是一個遠(yuǎn)大的設(shè)想。

　　假設(shè)人類掃清了前往火星的障礙，那么，要在火星上建立棲息地，首批火星移民需要派出多少人呢?

　　多少人能組建完美團(tuán)隊(duì)?

　　前往火星路途遙遠(yuǎn)，而從地球上運(yùn)送生存物資成本高，并且許多因素可能導(dǎo)致物資不能準(zhǔn)時安全送達(dá)，因此組建一支人數(shù)盡可能少、人員搭配合理、能最大發(fā)揮能力的火星先遣隊(duì)非常有必要，這可能關(guān)系到了火星移民任務(wù)的成敗。關(guān)于火星第一批移民的人數(shù)問題，不少科學(xué)家做了研究。

　　2018年，法國波爾多高級理工學(xué)院的研究人員利用數(shù)學(xué)方法來研究多少人的團(tuán)隊(duì)可以在火星上建立起棲息地。他們以第一批火星移民主要從火星上獲得生存資源為前提，并且假設(shè)火星移民都能各司其職，協(xié)同合作，共享資源。在模型中，他們將火星移民在火星的活動分為5大類：生態(tài)系統(tǒng)的管理、能源生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的建設(shè)、棲息地建設(shè)、社會活動。并輸入完成各項(xiàng)活動的單位時間工作量需求，以及單位時間個體的工作能力，計(jì)算出在火星上建立一個棲息地，并能自給自足，只需要大約110人就可以做到。這110人中不僅有青壯年人，還有兒童和老年人。

　　但是前往火星不易，一次運(yùn)送上百人到火星在短期內(nèi)恐怕很難實(shí)現(xiàn)，因此第一批火星移民的人數(shù)越精簡越好。在2023年的一項(xiàng)新研究中，美國科學(xué)家安娜·瑪利亞帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)首批移民的人數(shù)確實(shí)還可以更少。

　　瑪利亞的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個計(jì)算機(jī)模型，以國際空間站上宇航員工作、生活的數(shù)據(jù)，以及一些火星模擬實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。并假設(shè)火星定居點(diǎn)已經(jīng)建成，并且人類技術(shù)能在火星獲得食物、空氣和水，而不是依靠地球運(yùn)輸物資。在模型中，他們考慮了人員的分工，人員的性格特點(diǎn)以及資源的分配等因素，最終得出，只需22人就能長期維持并擴(kuò)建一個火星棲息地。

　　不過，由于這項(xiàng)研究的前提是火星定居點(diǎn)已經(jīng)建成，因此，嚴(yán)格來說，首批移民并不是只需要22人，還需要計(jì)算上建設(shè)定居點(diǎn)的人數(shù)。而從現(xiàn)實(shí)來看，在火星建造棲息地并不是一批人就能夠完成的，從人類登陸到建立一個完備的火星棲息地，可能需要好幾代人的努力。

　　盡管有模擬實(shí)驗(yàn)，也有相關(guān)的登陸計(jì)劃，但是現(xiàn)在人類所做的還只是移民火星的基礎(chǔ)工作，想要在火星上建立棲息地還有許多困難需要克服。好在相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家一直在努力，也收獲了不少成果，比如美國宇航局在毅力號火星車上搭載了一個從火星大氣中提取氧氣的實(shí)驗(yàn)裝置，自2021年毅力號登陸火星到2023年9月，這個裝置共產(chǎn)生了122克氧氣，相當(dāng)于一只小狗10個小時呼吸的氧氣量。這意味著從火星大氣中提取氧氣是可行的。未來，只需對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，就有可能滿足未來人類移民火星的需求。而隨著越來越多的科學(xué)研究開展，技術(shù)的不斷成熟，或許在不太遙遠(yuǎn)的未來，人類能在火星開辟出新天地，并成功搬家到火星。