人类到了火星后 具体要做什么来建造自己的家园? 第1页

按部就班地摆开太阳能电池板，拿飞行器带来的材料和/或飞行器本身作为材料去建设居住区、能源基础设施、农业区划、轻工业、甲烷燃料工厂、机械修理厂、医疗系统等等，发射燃料运载飞行器给轨道上的渡航飞行器充填甲烷与液氧。从2022年开始在22年里弄过去100万人在火星上生活的时间表是不可能实现的，SpaceX的计划是40~100年内达到让一百万人自给自足，这也很难兑现。不过拖时间没关系，重要的是知道做什么。

火星轨道上的太阳辐射强度约为591~594瓦每平方米，约为地球轨道上的43.3%。由于火星轨道偏心率比地球大（达0.09），接收的太阳辐射强度随时间变化幅度较大，加之卫星与着陆器受运行轨道、火星大气、火星自转等影响，能利用的太阳辐射要比这少。根据NASA实测，火星同步卫星随火星绕太阳一周的时间内，在其轨道上接收的平均辐射强度约为311瓦每平方米（包括斜对太阳导致的强度减弱和被火星遮挡）。对于降落在火星赤道上的着陆器，由于昼夜变化和火星时常有沙尘暴等天气影响，每个火星年接收的平均辐射强度只有同步轨道上的约六分之一，你当做52瓦每平方米就可以了：这微弱的光照就是人类在火星上的主要能源了（火星大气稀薄，风能效率更低）。

根据NASA估计，在火星赤道上居住时，每个人需要约64平方米的效率为28%的太阳能板提供的电能，才能过跟地球上相似的生活（人均年耗能8000千瓦时）。这还只是为小规模科考行动做的打算。谈在火星大规模居住（特别是在火星地下居住），一百万人需要的64平方千米太阳能电池板只是毛毛雨，农业那压倒性的使用面积与能耗会成为严重问题。

在维持生命所需的能量方面，一个人纯素食的话每天要服食约3千克谷物和蔬菜，生产肉类来食用的能量效率是直接吃植物的十分之一。因此，100万人的居住区平均每天要生产出至少3000吨谷物和蔬菜，每26个月约238万吨^[1]。这么多食物是无法期待从地球上运输的，只能在火星上种植。

在地球上，一个人纯素食需要的最低耕地面积为600平方米，想吃到肉类或蛋类就需要更多的耕地面积，目前全球人均耕地面积为3200平方米，中国人均耕地面积为867平方米。而火星的光照情况远逊于地球——你可以想象接下来会是什么情况了。

火星的环境对地球生物是致命的，将它改造得像地球需要至少一千年时间和天文数字的投入，在近未来无需考虑。在本世纪，火星上种植的农作物需要被温室完全覆盖以隔绝火星的低温和低气压、使用处理过的土壤或水培（火星土壤不能直接支持植物生长）。

地球植物光合作用的理论效率极限是百分之十三，实际上只有百分之一程度^[2]。植物身上又只有一小部分可以给人作为食物，例如一棵玉米或小麦身上人可以吃的部分只有约百分之一，这样植物性食物的效率是万分之一。

一个人躺在床上睡大觉，新陈代谢的能耗约为67~87瓦。过正常生活的人，每天新陈代谢的能耗约为120瓦。一百万人正常生活的新陈代谢能耗约为1.2E8瓦，按照万分之一的农业生产效率，对一百万人来说农业的最低能量输入是1.2E12瓦。对于平均光照效率是52瓦每平方米的火星赤道来说，即使农业技术保证植物在每个白天尽可能地接收太阳照射、收割速度极快且全无浪费，一百万人需要的最低限度的温室总面积也会达到23077平方千米——这个温室总面积，已经超越了在地球上中国大陆现有的温室设施总面积！

光是建设和维持这样巨大的温室群，就已经不是22年里能做的事情了——连建设它的钱都不知道从哪里来。但这还不算完。在这么巨大的耕地面前，一百万人撅着屁股耕作是没用的（何况那还增加他们的能耗），需要大机器整地、播种、管理、收割，需要化肥，需要运输系统。要知道，人类在地球上2%程度的能耗是用来生产氨水作为化肥的合成材料了。

也有好消息：这么多植物进行光合作用产生的氧气给一百万人使用是绰绰有余的（它们足够支持1667万人呼吸），多出来的氧气可以往火星大气里排放。

附录：关于改造火星的困难与低价值

以下截图引自《巫师、外星人和星舰》：

以上是对火星地球化改造的困难与低价值的简单介绍。

可以看到，相当乐观的学者认为改造火星要花超过300年、或许长达30000年的时间，1E25~1E26焦耳的能量，这能量约为现在每年全球能耗的10万~100万倍。即使改造火星只要1000年时间且发电成本变成现在的千分之一，从现在开始需要每年投资2020年不变价1000亿美元、连续投资一千年（在年通货膨胀约3%的情况下会成为天文数字，美国抑或任何投资它的企业都不一定能存在到它完成）。

参考

1. ^ 而且，根据现代地球上的情况，30~50%的食物会被人们浪费，因此每26个月要搞出476万吨食物才能安心
2. ^ 这还是少数很厉害的植物，大部分低于0.5%