NASA 计划在 2030 年代将人类送往火星

本文最初发布于 The Conversation。

NASA 计划最早于 2035 年将人类送往火星进行科学往返旅行。单程旅行大约需要六到七个月，单程距离可达2.5 亿英里（4.02 亿公里）。宇航员在返回地球之前，可能要在火星表面停留长达 500 天。

NASA 的阿尔忒弥斯计划（Artemis program）计划在本十年内将人类送回月球，为 2030 年代的火星任务做准备。虽然 NASA 有多种理由追求如此宏伟的任务，但最大的目标是科学探索和发现。

我是一名大气科学家，曾是 NASA 研究员，参与了制定火星任务将要研究的科学问题。这颗红色星球存在许多未解之谜，包括火星如今呈现出这种面貌的原因，以及它是否曾经孕育过生命，无论是过去的还是现在的。

火星地质学

从地质和大气角度来看，火星是一颗迷人的行星。它与太阳系其他天体一起在大约 46 亿年前形成。大约在 38 亿年前，与地球生命形成的时间差不多，早期的火星非常像地球。它表面曾有丰富的液态水，以海洋、湖泊和河流的形式存在，并且拥有更浓密的大气层。

虽然火星表面如今完全没有液态水，但科学家们在其表面发现了过去湖泊、河流甚至海岸线的证据。其南北两极覆盖着冰冻的水，以及一层薄薄的冰冻二氧化碳。在南极夏季，二氧化碳薄层会消失，露出冰冻的水。

如今，火星的大气层非常稀薄，约 95% 是二氧化碳。它布满了来自地表的尘埃，这使得火星的大气层呈现出标志性的红色。

科学家们通过机器人任务对这颗行星的表面已经有了相当多的了解，但仍然有许多有趣的地质特征需要更近距离地研究。这些特征可以告诉研究人员更多关于太阳系形成的信息。

火星的南北半球看起来截然不同。火星表面约三分之一的区域——主要位于北半球——海拔低 2 至 4 英里（3.2-6.4 公里），被称为北部低地。北部低地有几个大型陨石坑，但相对平滑。火星南部的三分之二区域，称为南部高地，有许多非常古老的陨石坑。

火星还有太阳系中科学家观测到的最大的火山。其表面散布着深邃的陨石坑，这些陨石坑是由火星早期历史中的小行星和陨石撞击形成的。派遣宇航员研究这些特征可以帮助研究人员了解火星早期历史中重大事件的发生方式和时间。

提出正确的问题

NASA 成立了一个名为“人类探索火星科学分析小组”（Human Exploration of Mars Science Analysis Group）的委员会，以规划未来的任务。我与 NASA 科学家 James B. Garvin 共同主持了该小组，以制定和评估关于火星的关键科学问题。我们希望确定哪些研究问题需要人类任务来解决，而不是更便宜的机器人任务。

该小组提出了关于人类在火星上进行调查的几个重要科学问题的建议。

其中一个问题是：现在行星上是否存在生命。请记住，地球上的生命形成于大约 38 亿年前，当时地球和火星是相似的行星，都有丰富的水，并且火星拥有更浓密的大气层。

另一个问题是：是什么样的环境变化导致火星失去了表面广泛而充足的液态水，以及部分大气层。

这些问题以及小组的其他建议被纳入了NASA 将人类送往火星的架构计划。