火星梦想与火星现实
数十年来，科幻小说一直激发着人类对火星的热情。从埃德加·赖斯·巴罗斯的冒险故事到雷德利·斯科特精心设计的生存剧火星救援，流行文化一直将红色星球呈现为一个敌对但最终可以征服的边界。阿诺德·施瓦辛格在全面回忆中著名地敦促观众"滚你的屁股到火星去"，而埃隆·马斯克在过去十年中花费了大量时间承诺将其变为现实。但是，我们在屏幕上看到的有多少反映了火星生存的真正科学？
根据行星科学家、航空航天工程师和医学研究人员的说法，答案是远远不够。虽然电影和电视节目捕捉了外星生活的一些戏剧,但它们始终低估或完全忽视了任何潜在火星殖民者都会面临的几个存在性威胁。科幻与科学事实之间的差距不仅是学术性的。它塑造了公众的期望，影响了政策决定，甚至影响了流向私人太空企业的数十亿美元。
没人谈论的辐射问题
科幻小说对火星描写中最严重的疏漏可能是这颗行星的辐射环境。与地球不同，火星缺乏全球磁场，且只有一个稀薄的大气，大约比我们的薄一百倍。这种组合意味着火星表面受到银河宇宙射线和太阳粒子事件的轰炸,基本上没有自然屏障。
健康影响是严重的。科学家估计，往返火星的宇航员将面临百分之一到百分之十九之间的额外癌症死亡风险，这取决于表面暴露的持续时间和可用的屏蔽技术。这仅仅是往返旅程和短期停留。长期居住会大大增加这些风险，可能导致DNA损伤、白内障、心血管疾病和认知能力下降。
在大多数科幻小说中，角色穿着相对轻巧的宇航服或甚至在看似普通墙壁的栖息地内漫步火星。现实需要数米的风化层屏蔽、地下栖息地或尚不存在的先进材料科学。在火星上建立文明首先需要解决一个没有任何电影敢于诚实描绘的辐射问题。
重力：缓慢的健康危机
火星的地表重力为0.38g,大约是地球的三分之一。科幻小说倾向于将其视为事后想法或有趣的新奇事物，展示角色在步伐中跳动时稍微多一点的弹性。医学现实则令人担忧得多,尽管目前仍不太为人所知。
我们从国际空间站几十年的研究中知道，微重力会导致肌肉萎缩、骨密度丧失、液体重新分布和视觉问题。我们不知道的是0.38g是否足以防止这些影响或仅仅减缓它们。没有人曾在部分重力下生活过长时间，这使其成为空间医学中最大的未知数之一。
研究表明火星重力会改变人类的步态,将舒适的步行速度限制在地球上我们能管理的速度的大约一半。在几代人过去后，骨骼和肌肉的适应可能会产生在身体上无法返回地球重力环境的人类。科幻小说偶尔会提及这种可能性,但很少能深入思考可能分裂成两个重力种群的物种的深远影响。
想杀死你的大气
火星大气由大约百分之九十五的二氧化碳组成，含有微量的氮气和氩气。它基本上不提供任何可呼吸的氧气，并施加如此小的压力，以至于未受保护的暴露会导致人类的血液在体温下沸腾。这不是比喻。低大气压意味着血液的沸点降至低于三十七摄氏度。
火星救援这样的电影在某些方面是对的，展示了主角在加压栖息地和宇航服中。但他们仍然有些自由，比如描绘能够在物理上击倒宇宙飞船的火星尘埃暴。实际上，火星风，即使在最快的时候，由于大气稀薄，施加的力量也很小，几乎不会吹动旗帜。真正的大气危险不是风，而是持续存在的、无形的减压威胁。
任何栖息地破裂,无论多小,都将是灾难性的。在数年和数十年内维持加压环境，跨越多个结构，与火星尘埃的持续磨损作斗争,这是一个科幻小说用蒙太奇或修补孔的短场景来掩盖的工程挑战。
高氯酸盐问题和火星农业的梦想
火星救援中最受欢迎的场景之一涉及马特·达蒙的角色利用地球细菌和人类废物的组合在火星土壤中种植土豆。这是聪明才智的胜利，制作了出色的电影。这也深刻地具有误导性。
火星风化层被高氯酸盐饱和，浓度约为百分之零点五到百分之一。这些基于氯的化合物对人类有毒,因为它们干扰甲状腺功能,破坏碘的吸收和代谢。只是在火星泥土中种植农作物不会产生食物。它会产生毒药。
研究人员已经探索了净化火星土壤的方法,包括洗涤和擦洗风化层与菌根真菌相结合,可以除去高达百分之九十的高氯酸盐。即使有了这种处理,产量也很低。研究表明,经过处理的火星土壤每平方米可能产生约五公斤的土豆,这听起来很有希望,直到你考虑到处理足够的土壤来养活即使是小殖民地所需的基础设施。
更现实的方法涉及气雾栽培和水培，在完全不含土壤的条件下种植植物,利用营养丰富的水或雾在受控环境中。这些系统在理论上可以每人每天提供约一公斤的食物,但它们需要大量的能源、水和维护,这些在火星上都是稀缺商品。
水：理论上充足，实践上难以捉摸
火星确实有水,主要被锁定在地下冰沉积物和极地冰盖中。科幻小说通常将水获取作为解决的问题，也许涉及一口井或简单的提取装置。现实要复杂得多。
从火星冰中提取水需要能量密集的风化层加热或直接开采冰矿床，随后进行广泛的净化，以去除高氯酸盐和其他污染物。火星上的每一滴水都需要兼作饮用水、农业灌溉和通过电解进行氧气生产的原料。所需的回收系统需要以远超目前在国际空间站上部署的任何东西的效率运行。
火星隔离的心理代价
科幻小说中可能最未被充分探索的挑战是火星生活对心理的影响。与地球的通信延迟单程范围从四到二十四分钟,意味着实时对话是不可能的。殖民者会真正被隔离，这是人类社区从未经历过的方式。
模拟研究，其中志愿者生活在模拟火星栖息地中，记录了在长期隔离期间15%的认知能力下降。抑郁症、人际冲突和研究人员称之为"第三季度综合征"的现象——在任务大约四分之三处发生的动机崩溃——是每一项长期隔离研究中一致的发现。
地球环境的虚拟现实模拟显示有望恢复高达70%的情绪指标,但这些是权宜之计。人类是否能在一个荒凉、敌对的世界上维持心理健康，同时距离他们所知道的一切数百万公里，这个根本性问题仍然没有答案。
诚实的前进之路
这一切都不意味着火星殖民是不可能的。这意味着它比科幻小说让我们相信的要困难得多。挑战是真实的、相互关联的，在某些情况下仍然理解不足。解决辐射问题毫无意义如果食物供应失败。完善水提取则无关紧要如果殖民者经历心理崩溃。
科幻小说关于火星的错误之处不是梦想本身,而是时间表和难度。到达火星是一个具有已知解决方案的工程问题。在那里存活一生,并建立一个能够世世代代存续的文明,是一个本质上不同的科学、医学和心理学挑战。专家们一致认为人类最终会到达火星。他们只是想让我们理解这实际上需要什么。
本文基于Space.com的报道。阅读原文。
