火星的孩子 制造氧气:NASA的“MOXIE”vs中科大的“小来”

2024-04-29

人类的勇气和坚毅,必将被镌刻在星空之下。——《流浪地球》

九千光年小组记者

童蔚 刘永丽 熊文媛 储帆

“20年内,百万人移民火星!”

这是马斯克近日再谈“火星移民”计划时的大胆预测。那片与地球平均相距2.25亿公里,荒凉、孤寂的红色土地,或将成为人类首个移民星球。

依然是马斯克式的语出惊人。当网友不自觉地陷入正反两方的辩论时,意味着曾经被视为荒诞的想法已经成为议题,被认真地讨论了起来。

即使还遥遥无期,火星已然是一个需要精打细算去接近的科学目标——既是无人之境,也是可见的星辰大海。

5天前,在中国航天大会主论坛上,中国公布了“火星计划”最新进展:2030年左右实施火星采样返回任务。中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁说:“纵观世界各个国家的进展,我们有望成为第一个火星采样返回的国家。”

在追逐星海的势力中,“国家队”也不再是唯一力量。受到SpaceX的鼓舞,民营航天公司正在用自己的方式,以大规模降低火箭发射成本为目标,进入了航天探索的赛道。商业航天也被写入了今年的“政府工作报告”。

400多年前,开普勒在给好友伽利略的信中写道:“我们应该建造适合飞向神圣天空的船与帆。然后,也会有这样的先驱者,面对无边的太空,他们毫不退缩。”

火星,也许是个再好不过的开端。

一块石头的一小步

在中国科学技术大学的一间实验室里,一台方正的机器人穿梭于操作台间,伸出“手臂”不慌不忙地配制试剂。

它是“AI化学家”小来。从数百万材料的可能组合中找到最优解,很多科研人员可能穷其一生都无法完成,而它或许只需一两周。

小来第一次在全国人民面前亮相,便引起了不小的轰动。去年11月底,中科大精准智能化学实验室和深空探测实验室合作,通过小来成功完成研发火星制氧催化剂的实验。

精准智能化学实验室负责人江俊教授介绍,从5种不同的火星陨石中提取并研制催化剂,有376万多种排列组合,按每个实验验证至少5小时算,人类团队找到最佳配方需要2000年。而小来自主学习5万多篇相关化学论文后,只用5周就给出了优化后的催化剂配方。

这一成果发表在国际学术期刊《自然-合成》(Nature Synthesis)上。《自然》新闻(Nature News)认为,“基于火星陨石的制氧材料”与NASA(美国国家航空航天局)的火星氧气原位资源利用计划(MOXIE)相比各有优势。

所谓的“原位资源利用”,其实就是收集并利用一颗星球上的材料,来制造原本不得不从地球上带去的资源,目前也是热门研究领域。

2021年,MOXIE随美国“毅力号”火星车登陆火星。之后的近两年半,这个只有微波炉大小的仪器,开始证明自己可以完成一棵树的使命——利用火星上富含二氧化碳的大气制造氧气,它可以满足一个人每天所需的氧气。

小来的诞生前后历经9年时间,背后站着一群不同学科的科研人员:大规模采集教科书、论文中的化学知识,搭建化学材料大数据库;全校上百名同学接力完成对海量文本数据的人工标注,培育“化学大脑”;大脑有了,机器人领域的团队上场,为它配备“手臂”……

直到新一轮人工智能浪潮的来临,它的能力进一步被拓展。

从严格意义上说,小来不是为了专门解决移民火星的问题而生的,并且和MOXIE一样,还无法大规模制造氧气,但实验的成功,至少证明了“就地取材”的可行性。

火星制氧的这一小步,可能就是火星移民的一大步。

“它可以替代人类进入各种恶劣环境,有望成为人类在外星球建立定居点的先头部队。”在江俊看来,小来为克服未来星际任务中便携制氧和原位资源利用难题探索出了新路线。

诱人的红色星球

“在北半球晴朗的夏夜,抬头往东南方向看,双鱼座、海王星的附近,有一颗若隐若现、略带一丝暗红色的星球,那便是火星。”这段浪漫的话,出自“火星叔叔”郑永春博士之手。

光看这个外号就知道,他对这颗红色星球有多着迷。“它有着与众不同的颜色,人们很容易就注意到它并产生好奇。所以,火星并不是这几年才火起来的,千百年来,它一直是人类探索宇宙的重要观察对象。”

从汉代开始,火星就被称为“荧惑”,一方面因为颜色与火光相似,另一方面是它“走位”飘忽,时而亮时而暗,有时顺行有时逆行,时隐时现,让人捉摸不透。

当人类真正用科学的眼光看待头顶的宇宙之后,火星的地位被进一步提升。

“人类迄今已进行230多次太阳系探测,探测结果显示,整个太阳系的8大行星、5颗矮行星、200多颗卫星中,只有火星有可能经过改造实现大规模移民。”郑永春列举了一系列数据,火星上的一天是24小时多一点,和地球差不多;火星夏天正午的赤道地区温度可达20℃,非常舒适;火星还有一年四季,冬天南北极冰盖扩大,整个星球表面非常清晰……

总结起来,太阳系最靠近太阳的4颗行星,水星、金星、地球和火星,火星与地球环境的相似度最高。

既然如此,在火星建立“第二家园”的设想开始在以马斯克为代表的人类精英的脑海里浮现并蔓延开来:在地球出现灭顶之灾或资源枯竭时,这颗红色星球是不是可以成为人类文明延续的备用舱?

“或许人类天生就有‘寻找新家园’的冲动,从大航海时期发现新大陆,到航天时代寻找下一颗宜居星球。”曾参与“天问一号”火星探测任务的中国科学院国家空间科学中心研究员、中国航天科普大使刘勇说。

剩下的问题似乎就是,怎么做以及什么时候能做到。

《流浪地球》里,整个流浪计划需要100代人来完成。在郑永春看来,现实中,人类向火星迁移并在那里新造一个文明社会,同样是一项庞大的系统工程,需要一代接一代人的努力。

对于马斯克“20年以内”的说法,即使对火星和星际探索怀抱梦想的科学家、火箭学家等都觉得过于乐观。

毕竟摆在人类面前的事实是,从20世纪60年代苏联发射首颗火星探测器开始,全球多个国家就开始积极推进火星探测,目前已向火星发射40多个空间探测器。但成功着陆火星的,目前只有中国和美国。

(下转B03版)