火星時代：人類拓殖太空的挑戰與前景
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內容簡介
見證人類成為行星際物種的新時代
這一次，我們的目的不是探訪，而是居留
●與國家地理頻道《火星時代》共同製作，以扎實的科學根據描述未來人類拓殖火星的大冒險
●由《阿波羅13號》導演朗・霍華撰寫推薦序
●NASA科學家、研究員與太空人針對著陸火星、人體適應、外星生命等各種主題進行深入講解
翻開書頁，展開一趟火星遠征之旅。
本書以獨特的敘事方式，搭配許多專家訪談與科學原理解說，將時間點設在未來，描述人類拓殖火星的故事。同時探討許多問題，像是人體在長期太空旅行中會有怎麼樣的變化、如何在致命的新世界中生存、怎麼尋找火星上的水源與外星生命，以及拓殖火星後的長期規劃。本書將帶領讀者到數百萬公里之遙的太空、數十年之後的未來，探勘人類在太陽系中的下一個居所。
「50年後的人會大吃一驚，因為我們已清楚預見，人類和科學要進步到什麼層次，才能前進火星，建造新的文明。」--朗・霍華，摘自序言
火星正在呼喚我們，人類的下一場大冒險，是探索太陽系！
我們投身這趟旅程後，會浮現許多問題，要怎麼抵達火星？為何而去？到了火星後，會發生什麼事？
本書以更宏觀、更長遠的視角，解答人類拓殖火星的實際狀況。透過許多攝自地球、太空和火星上的照片與地圖，加上頂尖專家團隊進行主題式探討，帶領我們到數千萬公里之遙的遠方，及數十年之後的未來，探看人類在太陽系中的下一個居所。
編輯推薦
我從小就很喜歡開拓者的故事，例如老電影《西部開拓史》（How the West Was Won），或是歐洲探險家為了尋找未知的大陸，踏上漫長而危險的航海之旅，這一類的故事深深刺激著我的想像力。
阿波羅11號登陸月球時，我15歲時。我和全世界幾億名觀眾一樣，大氣都不敢喘一下，目睹尼爾和巴茲成為第一批踏上月球表面的人類。對於人類能夠達成這個幾乎不可能的任務，我深受感動。在那次轉播中，控制中心也轉播了尼克森總統打給太空人的電話。他說：「由於你們的成就，天界也成了人界的一部分。」
就此開啟了全新的疆界。
那之後過了26年，我正在製作電影《阿波羅13》（Apollo 13）。這些現代探險家為了探索人類潛力的極限而冒上生命危險，因此，我很榮幸能講述他們的個人故事。訪問阿波羅13號的初代太空人與相關人員實在是難能可貴的經驗，每次訪談都指向同一個結論：我們已經做了這麼多，更應該繼續下去。巴茲?艾德林（Buzz Aldrin）非常堅定地對我說：我們下一個努力實現的夢想，是把人類送上火星。
每個世代總有一些新的疆界，不論是空間或思想上的疆界，我們都必須去發現、探索與瞭解。這就是好奇心，它驅動著我們前進，是我們之所以為人的一大關鍵。我們會感到好奇，因而提出問題，為了回答這些問題，我們不斷在學習與演進。
人類提出造訪火星的問題，已經有好一段時間了。科幻作家從100多年前就在描寫相關的故事。再過不久，科技就會追上我們的想像。
伊隆?馬斯克（Elon Musk）等富有遠見的人都認為，那一刻就是現在。也因此，現在正是訴說這個故事的最佳時機。當《火星時代》系列計畫找上我和布萊恩?葛瑟（Brian Grazer）時，我們一想到這個主題多具生命力和創意潛力，就興奮不已。這正是我們過去曾面對過，也一直在尋找的「說故事的挑戰」。要透過人類心靈與心智的鏡頭，才能闡述這些故事，描述人類精神之宏偉遼闊。
在發展這個系列的構想時，我也開始以全新的觀點來看待火星。這個系列不應只著眼於火星任務，許多電影和紀錄片或多或少都呈現過這個面向；而是要從更雄大、長遠與更如史詩般的視角，來探討人類拓殖火星的實際狀況。同時，我逐漸認識到：關於人類在火星上生活的可行性，其實已經累積了大量的研究。我就此深陷其中無法自拔。我要述說的，是一個全新的開拓故事。
在組織工作團隊與發想的過程中，我們決定採用一個嶄新的敘事角度：這個人類拓殖火星的故事，將由未來的時間點回顧，那時人類已經去了火星，而這就是我們如何來到這裡的故事。為此我們結合紀錄片與設計好的腳本，紀錄片部分則是從虛構的未來回顧已發生的歷史。把這兩種類型以新的形式結合，除了能讓觀眾對於前往火星和火星拓殖有更真實的感受，同時也是個令人熱血沸騰的挑戰。
每個偉大的任務都需要一個精良的團隊，這個計畫也不例外。我很感謝所有幫助這個計畫實現的夥伴：布萊恩?葛瑟（Brian Grazer）和Imagine Entertainment的所有人；RadicalMedia每次都以最一流的方法執行製作；國家地理長久的努力，幫助我們更了解我們居住的世界，以及在那之外的領域。我非常感謝國家地理對於真實性與科學正確性的嚴格要求。在腳本寫作的整個過程中，我們在工程學與科學方面的嚴謹程度除了令我們自豪，更是這個系列如此獨特的部分原因。
這並不是一部科幻作品，而是確實存在的科學。在影集的紀錄片部分，我們請到許多當前正在探討這主題的頂尖人物，他們都是值得信賴的嚮導。我希望這個系列與這本書，將來會成為一份特殊的歷史紀錄，即使數十年後的人回顧起來，都會想說：「你看，就算沒有全部說對，但他們當時就知道這麼多了。」那正是我的目的：讓50年後的人大吃一驚，因為我們已清楚預見，人類和科學要進步到什麼層次，才能前進火星，建造新的文明。
我希望這本書可以激發想像力，讓人見識到這獨特的歷史時刻背後需要多少力量，實現的可能性又有多大，藉此啟發下一個世代的開拓者。
我很榮幸能貢獻一己之力，幫忙把這份願景帶給全世界。
朗?霍華Ron Howard
Imagine Entertainment總監及製作人
目錄
《阿波羅13》導演朗・霍華序言推薦16
第一章 飛越太空 18
第二章火星人心 62
第三章火星基地 110
第四章生命跡象 150
第五章全球觀點 196
第六章火星家鄉 240
時間表 280
謝誌 281
關於作者 281
圖片出處 282
索引 284
序／導讀
序言
我從小就很喜歡開拓者的故事，例如老電影《西部開拓史》（How the West Was Won），或是歐洲探險家為了尋找未知的大陸，踏上漫長而危險的航海之旅，這一類的故事深深刺激著我的想像力。
阿波羅11號登陸月球時，我15歲時。我和全世界幾億名觀眾一樣，大氣都不敢喘一下，目睹尼爾和巴茲成為第一批踏上月球表面的人類。對於人類能夠達成這個幾乎不可能的任務，我深受感動。在那次轉播中，控制中心也轉播了尼克森總統打給太空人的電話。他說：「由於你們的成就，天界也成了人界的一部分。」
就此開啟了全新的疆界。
那之後過了26年，我正在製作電影《阿波羅13》（Apollo 13）。這些現代探險家為了探索人類潛力的極限而冒上生命危險，因此，我很榮幸能講述他們的個人故事。訪問阿波羅13號的初代太空人與相關人員實在是難能可貴的經驗，每次訪談都指向同一個結論：我們已經做了這麼多，更應該繼續下去。巴茲・艾德林（Buzz Aldrin）非常堅定地對我說：我們下一個努力實現的夢想，是把人類送上火星。
每個世代總有一些新的疆界，不論是空間或思想上的疆界，我們都必須去發現、探索與瞭解。這就是好奇心，它驅動著我們前進，是我們之所以為人的一大關鍵。我們會感到好奇，因而提出問題，為了回答這些問題，我們不斷在學習與演進。
人類提出造訪火星的問題，已經有好一段時間了。科幻作家從100多年前就在描寫相關的故事。再過不久，科技就會追上我們的想像。
伊隆・馬斯克（Elon Musk）等富有遠見的人都認為，那一刻就是現在。也因此，現在正是訴說這個故事的最佳時機。當《火星時代》系列計畫找上我和布萊恩・葛瑟（Brian Grazer）時，我們一想到這個主題多具生命力和創意潛力，就興奮不已。這正是我們過去曾面對過，也一直在尋找的「說故事的挑戰」。要透過人類心靈與心智的鏡頭，才能闡述這些故事，描述人類精神之宏偉遼闊。
在發展這個系列的構想時，我也開始以全新的觀點來看待火星。這個系列不應只著眼於火星任務，許多電影和紀錄片或多或少都呈現過這個面向；而是要從更雄大、長遠與更如史詩般的視角，來探討人類拓殖火星的實際狀況。同時，我逐漸認識到：關於人類在火星上生活的可行性，其實已經累積了大量的研究。我就此深陷其中無法自拔。我要述說的，是一個全新的開拓故事。
在組織工作團隊與發想的過程中，我們決定採用一個嶄新的敘事角度：這個人類拓殖火星的故事，將由未來的時間點回顧，那時人類已經去了火星，而這就是我們如何來到這裡的故事。為此我們結合紀錄片與設計好的腳本，紀錄片部分則是從虛構的未來回顧已發生的歷史。把這兩種類型以新的形式結合，除了能讓觀眾對於前往火星和火星拓殖有更真實的感受，同時也是個令人熱血沸騰的挑戰。
每個偉大的任務都需要一個精良的團隊，這個計畫也不例外。我很感謝所有幫助這個計畫實現的夥伴：布萊恩・葛瑟（Brian Grazer）和Imagine Entertainment的所有人；RadicalMedia每次都以最一流的方法執行製作；國家地理長久的努力，幫助我們更了解我們居住的世界，以及在那之外的領域。我非常感謝國家地理對於真實性與科學正確性的嚴格要求。在腳本寫作的整個過程中，我們在工程學與科學方面的嚴謹程度除了令我們自豪，更是這個系列如此獨特的部分原因。
這並不是一部科幻作品，而是確實存在的科學。在影集的紀錄片部分，我們請到許多當前正在探討這主題的頂尖人物，他們都是值得信賴的嚮導。我希望這個系列與這本書，將來會成為一份特殊的歷史紀錄，即使數十年後的人回顧起來，都會想說：「你看，就算沒有全部說對，但他們當時就知道這麼多了。」那正是我的目的：讓50年後的人大吃一驚，因為我們已清楚預見，人類和科學要進步到什麼層次，才能前進火星，建造新的文明。
我希望這本書可以激發想像力，讓人見識到這獨特的歷史時刻背後需要多少力量，實現的可能性又有多大，藉此啟發下一個世代的開拓者。
我很榮幸能貢獻一己之力，幫忙把這份願景帶給全世界。
朗・霍華Ron Howard
Imagine Entertainment總監及製作人
試閱
2030年代，火星的紅色大地上畫過了一道不尋常的影子。
在這歷史性的時刻，第一支地球遠征隊抵達了紅色星球，許多力量推動他們的到來，包括火箭的推進力、堅定的意志，以及難能可貴的運氣。接近地表時，太空船的著陸架張開。人類利用動力降落、平安地在火星著陸，可說是真金不怕火煉。
過去，無人太空船也曾來到這裡。過去數十年來，人類送出的太空船以各種方式與火星接觸：飛掠、繞行、墜落、雷達探測、攝影、監聽、降落傘降落、還有彈跳滾動著陸、挖掘鑽洞、嗅聞、加熱、品嚐、雷射照射。
截至目前為止，火星探索獨缺最重要的一步：人類親自踏上火星。在21世紀，這個遙遠之地佈滿沙塵的表面，正要印上第一批人類的足跡。
引擎的怒吼逐漸平息、終至完全靜止，為長達數千萬公里、為時數百天的旅程畫下了休止符。到目前為止，全體成員在長途太空旅行中，承受了生理、心理，以及人際關係上的壓力。但在前方等著他們的旅程，一方面意義重大，一方面也危機四伏。這些旅行者代表著地球上參與此創舉的許多國家，而他們的到來，很有可能就此把太陽系的第三和第四行星永遠連繫起來。只不過，踏上火星是一回事，待在火星上則完全是另一個層次的挑戰。
要讓人類離開地球飛到火星，就得把非常龐大的重量扔上太空，只有靠著力量強大的火箭才做得到。送出這些人員和裝備、進行為時數個月的旅程，也涉及許多準備工作：旅途中需要食物、水、運動器材，更不用說防輻射裝備，以及非得送上火星的必要物資。
科學家和工程師已開始著手研究，火星上第一個人類前哨的理想地點。「最好的位置」不僅要考慮安全性，還必須具有科學研究上的優勢，尤其要能探討火星是否真能成為「第二個創世紀」發生的地點，孕育出生命。
為了延長人類待在那裡的時間，火星的可用資源也受到了關注。現在已有許多新式太空船的構想，具有採集火星地下冰的設計；當然也少不了強而有力的軌道通訊衛星，在地球和火星之間傳送訊息與影片。即使以光速傳遞訊息，兩地的距離還是會使一來一往的對話有所延遲。降落到沙塵大地
第一批抵達火星的成員，將受惠於先行抵達的各式無人太空船；這些太空船有的在軌道運行，有的已降落在火星表面。舉例來說，目前正繞著火星運轉的太空船包括美國航太總署的火星奧德賽號（Mars Odyssey）、火星勘測軌道衛星（Mars Reconnaissance Orbiter），以及火星大氣與揮發物演化任務（Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission，MAVEN），都屬於國際合作的火星探索艦隊。此外，還有歐洲的火星快車號（Mars Express），以及印度的火星軌道任務號（Mars Orbiter Mission，MOM）。
先行抵達的機械設備，也已在火星的沙塵大地上，進行各種任務，包括火箭、降落傘、安全氣囊、甚至還有一種稱為「空中起重機」的複雜機械，成績好壞參半。美國方面成功的例子包括1976年的兩部維京號（Viking）、1997年的拓荒者號（Pathfinder）登陸器，以及拓荒者號攜帶的旅居者號（Sojourner）探測車、2004年的探測車雙胞胎精神號（Spirit）與機會號（Opportunity），還有2008年的鳳凰號（Phoenix）。而在2012年8月，美國航太總署的「火星科學實驗室任務」成功地讓車子大小的好奇號（Curiosity）探測車抵達火星表面，這是截至目前為止最大型的火星登陸太空船，總質量約900公斤。
至於載人太空船加上足以維生的居住艙，載重量又大上許多，必須使用前所未有的降落技術才能安全著陸。問題是，要把設備和人員安置在火星上的技術，比起阿波羅號把人類送上月球困難許多，因為火星的重力較大，還擁有大氣。火星的大氣非常稀薄卻不容忽視，仍足以使進入大氣的太空船過熱。另一方面，儘管有過熱的威脅，這層大氣卻又沒有厚到只用空氣動力減速的方式著陸，尤其載人任務的質量又十分龐大。
研究指出，最好的策略是先使用空氣動力減速器，直到進入火星的太空船速度抵達超音速，分離空氣動力系統，啟動降落模組火箭引擎，讓太空船在火星上動力下降，進行最後階段的降落，以及靠局部控制著陸。
但加入了人為因素，又使挑戰更加艱鉅。舉例來說，假設把第一批成員裝載在將近40公噸的登陸艇中，以降落傘降下，所需的降落傘大小相當於美國加州的玫瑰盃球場（Rose Bowl，佔地4公頃）。要把人員和用具送上火星，目前考慮採用巨型可充氣式空氣動力減速器和超音速反推進裝置。初次拜訪的地點
那麼，人類將在何處首次登陸火星？最重要的條件已經確定下來，美國航太總署也已著手尋找符合條件的地點。2015年10月，「人類登陸火星表面首次著陸地點暨探索區域研習會」（First Landing Site/Exploration Zone Workshop for Human Missions to the Surface of Mars）在美國德州休士頓的月球與行星研究所（Lunar and Planetary Institute）舉行。
在這次集會中，研究者提出了將近50個地點。華盛頓特區美國航太總署總部行星科學主任詹姆斯・格林（James Green）把這次會議形容為「歷史性的轉戾點」。他告訴與會者：「找出人類登陸、工作與進行研究的確切地點，是實現火星任務的開端。」
可能的著陸點必須符合美國航太總署已經規劃好的數個方針。首先，這個前哨周遭必須有直徑100公里以上的探勘區域；著陸的地點必須位在火星南北緯50度之間；還必須支援三到五次登陸，讓4-6人的小組執行長達500個火星日的探勘任務。
當然，選擇地點的一大關鍵是要能夠安全著陸。初到的人員必須避開巨石區、陡坡、沙丘、隕石坑和強風。降落在火星沙塵中，有可能讓太空衣、設備和居住艙的氣閘故障。著陸時如果在太空艙裡摔倒，可不只是倒楣而已。
理想的地點要能讓遠征隊執行工作，也就是要能在美國航太總署指定的「重點區域」（Regions of Interest）進行科學研究，還要能取得讓人類在紅色星球上維生的資源。關於最後這一點，美國航太總署定下了這條不可或缺的要求：任何探勘區域都必須含有至少90公噸的水，以應付人類在火星上生活15年的需要。在火星上維生
說到未來的火星之旅，美國航太總署的太空人史坦利・洛夫（Stanley Love）擁有不凡的洞見。這位太空旅行者解釋：事實上，太空人才不在乎他們要去火星的哪裡。
「不過，我們確實很在乎安全性和可操作性。」洛夫解釋：「我們會在意這地點是否會讓我們喪命，又是否能讓我們完成任務。」這位太空人特別強調：登陸火星是「風險非常非常高的任務」，就算全體人員都安穩地踏上火星表面，「光是要活著，就得花上許多時間與精力。」
洛夫又補充：有趣的是，人類登陸火星的必要條件，其實和機器人登陸火星是一樣的，只不過人類比機器人多了一項顧慮，他難過地說，那就是「排放物」。太空裝和居住艙都需要排出廢物，人類在火星上「排放」，意味著細菌和病毒會被釋放到火星環境裡。不過相對的，火星上的人既然無法避免把生物群釋放到火星，火星上的東西跑進居住艙也再所難免。
果真如此，人類的火星探勘社群就要面臨一個抉擇。太空人應該要拜訪火星上最可能有生命存在的地點進行研究，還是要把任務的重心放在「保護火星」上，盡可能避免把地球生物散佈到火星上可能最適合生命繁衍的地方？
洛夫只能說：「這是我們非得面對的困難抉擇。」
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