矩陣鏈2019-10-21 18:46:59

伴隨著人類科技的進步，地球資源終究有被消耗殆盡的一天，走出地球尋找適宜生存的星球是未來繞不開的大事件。

以人類目前所掌握的航空技術，長距離的星際航行短期內幾乎不可能實現，想要走出太陽系，要麼掌握可控核聚變動力航天飛行器（0。1倍光速），要麼需要依賴冬眠技術幫助航天人員度過數萬年的漫漫旅途（離我們最近的恆星系半人馬α距地球4。4光年，用目前最快的航行器需要12萬年）。

電影《星際穿越》透過蟲洞時的畫面

這兩項技術對目前的人類來說無異於天方夜譚，那麼轉換思路，將目光轉回太陽系，比起前途莫測的長途星際航行，不如改造同樣擁有大氣層、相對適宜人類居住的火星（火星與地球距離以目前的速度需一年可至）。

電影《火星救援》畫面

15年上映的《火星救援》曾在全球範圍內掀起探討人類火星殖民可能性的熱潮，想要完成這一目標，仍有若干技術難題需要攻克，其中一個核心難題在於——如何在火星建立適宜人類長期生存的生物圈？為了解決這一難題，美國曾嘗試過名為“生物圈二號”的實驗。

生物圈二號實驗

地球上所有的生物與其環境的總和就叫生物圈。

簡單說，人類自行建立的“生物圈二號”，需要在不依賴“生物圈一號”任何其他資源的情況下，提供適宜人類長時間生存的環境。

如果成功了意味著什麼？意味著人類可以離開地球生存。意味著人類可以把生物圈二號搬到火星去，在火星安家落戶。

生物圈二號實驗背景

“生物圈二號”的命名，是相對於地球生物圈（生物圈一號）而獲名的。她位於美國亞利桑那州沃洛克鎮，這裡光照強烈，生境相對荒涼，有些類似於太空的環境。

建成於1991年5月。佔地面積1。28公頃，內部填土體積204000立方米，封閉空間204000立方米。工程建造經費約2億美元，運轉費用每年約600萬美元。

她運轉的原理是模擬目前生態學家發現的地球生態系統中能量流動和物質迴圈的原理，其簡要的過程可以用這樣一種特製的密封玻璃球來演示。這種球也稱“生態球”，美國的超級市場上有售。裡面裝著淡水、空氣、綠藻植物、一種似蝦狀節肢動物、蝸牛，及一些浮游類動物和植物，當然還有微生物。這些生命及其所在的環境是與外界完全隔絕的。其中的綠色植物利用空氣中的二氧化碳和水分在太陽光下進行光合作用合成有機物質並供給氧氣，動物食植物或其碎屑，微生物及浮游動物將死亡的動植物或排洩物分解，生成二氧化碳和礦物質開始新的迴圈。

這種密封玻璃球式的生態系統，就是地球生態系統工作的原理，也是未來人類在太空建造長期生存空間的必然模式。但上天之前必須在地球上先做實驗，即密封住人實驗。德克薩斯州年輕的石油億萬富翁巴斯（E。 D。 Bass）將這一大膽的設想付諸實施，建造了“生物圈二號”。

“生物圈二號”的命名，是相對於地球生物圈（生物圈一號）而獲名的。她位於美國亞利桑那州沃洛克鎮，這裡光照強烈，生境相對荒涼，有些類似於太空的環境。

建成於1991年5月。佔地面積1。28公頃，內部填土體積204000立方米，封閉空間204000立方米。工程建造經費約2億美元，運轉費用每年約600萬美元。

她運轉的原理是模擬目前生態學家發現的地球生態系統中能量流動和物質迴圈的原理，其簡要的過程可以用這樣一種特製的密封玻璃球來演示。這種球也稱“生態球”，美國的超級市場上有售。裡面裝著淡水、空氣、綠藻植物、一種似蝦狀節肢動物、蝸牛，及一些浮游類動物和植物，當然還有微生物。這些生命及其所在的環境是與外界完全隔絕的。其中的綠色植物利用空氣中的二氧化碳和水分在太陽光下進行光合作用合成有機物質並供給氧氣，動物食植物或其碎屑，微生物及浮游動物將死亡的動植物或排洩物分解，生成二氧化碳和礦物質開始新的迴圈。

這種密封玻璃球式的生態系統，就是地球生態系統工作的原理，也是未來人類在太空建造長期生存空間的必然模式。但上天之前必須在地球上先做實驗，即密封住人實驗。德克薩斯州年輕的石油億萬富翁巴斯（E。 D。 Bass）將這一大膽的設想付諸實施，建造了“生物圈二號”。

1991年9月26日，4男4女共8名科研人員首次進駐生物圈2號，1993年6月26日走出 ，停留共計21個月，在各自的研究領域內均積累了豐富的科學資料和實踐經驗。來自英國、墨西哥、尼泊爾、南斯拉夫和美國等5國的4男3女共7位實驗人員在對首批結果進行評估並改進技術後，離開了生物圈ll號。

1994年3月6日，工作10個月後於1995年1月走出。他們在這期間對大氣、水和廢物迴圈利用及食物生產進行了廣泛而系統的科學研究。生物圈2號是世界上最大的閉式人工生態系統。它使人類首次能夠在整體水平上研究生態學，從而開闢了了解目前地球生物圈全球範圍生態變化過程的新途徑。更為重要的是， 它將作為首例永久性生物再生式生保系統的地面模擬裝置而有可能應用於人類未來的地外星球定居和宇宙載人探險。

1991年9月26日，4男4女共8名科研人員首次進駐生物圈2號，1993年6月26日走出 ，停留共計21個月，在各自的研究領域內均積累了豐富的科學資料和實踐經驗。來自英國、墨西哥、尼泊爾、南斯拉夫和美國等5國的4男3女共7位實驗人員在對首批結果進行評估並改進技術後，離開了生物圈ll號。

1994年3月6日，工作10個月後於1995年1月走出。他們在這期間對大氣、水和廢物迴圈利用及食物生產進行了廣泛而系統的科學研究。生物圈2號是世界上最大的閉式人工生態系統。它使人類首次能夠在整體水平上研究生態學，從而開闢了了解目前地球生物圈全球範圍生態變化過程的新途徑。更為重要的是， 它將作為首例永久性生物再生式生保系統的地面模擬裝置而有可能應用於人類未來的地外星球定居和宇宙載人探險。

那麼實驗成功了嗎？

很可惜，這一次艱辛的探索終究歸於失敗。

一年多以後，“生物圈2號”的生態狀況急轉直下，氧氣（O2）含量從21％迅速下降到14％，而二氧化碳（CO2）和二氧化氮（NO2）的含量卻直線上升，大氣和海水變酸，很多物種死去，而用來吸收二氧化碳的牽牛花卻瘋長。大部分脊椎動物死亡，所有的傳粉昆蟲的死亡造成靠花粉傳播繁殖的植物也全部死亡。由於降雨失控，人造沙漠變成了叢林和草地。“生物圈2號”內空氣的惡化直接危及了居民們的健康，科學家們被迫提前撤出這個“伊甸園”。“生物圈2號”的實驗以失敗告終。

一年多以後，“生物圈2號”的生態狀況急轉直下，氧氣（O2）含量從21％迅速下降到14％，而二氧化碳（CO2）和二氧化氮（NO2）的含量卻直線上升，大氣和海水變酸，很多物種死去，而用來吸收二氧化碳的牽牛花卻瘋長。大部分脊椎動物死亡，所有的傳粉昆蟲的死亡造成靠花粉傳播繁殖的植物也全部死亡。由於降雨失控，人造沙漠變成了叢林和草地。“生物圈2號”內空氣的惡化直接危及了居民們的健康，科學家們被迫提前撤出這個“伊甸園”。“生物圈2號”的實驗以失敗告終。

人類首次嘗試自行建立生物圈，卻以失敗告終，環保人士藉此鼓吹人類離不開地球，我們應該保護環境，不應該做這些無謂的嘗試。保護環境自然沒錯，但作為科研工作者，絕不應該以這樣的理由搪塞自己而輕言放棄，只要文明存續，人類終究是要走出地球的。

自行建立生物圈的探索，絕不該就此止步。

展望“生物圈三號

“天眼”

21世紀由中國引領全球科技的世紀，如上圖中所展示的貴州的天眼工程——世界最大的單口徑球面射電望遠鏡（SAGS）。中國建立“生物圈三號”的嘗試，對於外星移民，星際探索，未來農業等非都常有好處，因此我們不該錯過這樣的機會。

在開展“生物圈三號”的嘗試之前，我們先要深刻反思“生物圈二號”失敗的原因，並從中汲取養分。

1）元素化學迴圈失調。

設計時土壤、大氣、海洋的比例與“生物圈一號”的比例相去甚遠，土壤及其微生物連同裡面的動物和人呼吸釋放的二氧化碳大大超過了植物所能利用的數量，而海洋來不及將多餘的碳透過無機鹽的形式固定下來；植物製造的寶貴氧氣又被大量的呼吸及分解過程消耗甚多。同樣原因，笑氣（N2O）的濃度也在上升。氧氣降低、氧化亞氮和二氧化碳升高的程度幾度超過警戒水平。

設計時土壤、大氣、海洋的比例與“生物圈一號”的比例相去甚遠，土壤及其微生物連同裡面的動物和人呼吸釋放的二氧化碳大大超過了植物所能利用的數量，而海洋來不及將多餘的碳透過無機鹽的形式固定下來；植物製造的寶貴氧氣又被大量的呼吸及分解過程消耗甚多。同樣原因，笑氣（N2O）的濃度也在上升。氧氣降低、氧化亞氮和二氧化碳升高的程度幾度超過警戒水平。

其中失敗的主要因素被主流觀點歸結於過量微生物分解有機物消耗大量氧氣，由此產生的二氧化碳又與混凝土牆反應被固定（氫氧化鈣與二氧化碳生成碳酸鈣）。因此在建立生物圈三號時，我們可以考慮對混凝土牆做特殊處理，或者選用其他建築材料。

2）物種關係失調

雖然設計者們把地球上的熱帶雨林、熱帶荒漠、薩王那群落、紅樹林、溫帶農田、海洋等型別的生態系統“搬進”了“生物圈”，然而所搬進的主要是生態系統的第一性生產者植被，並未把相應的動物、真菌、微生物等群落也按比例搬來。

雖然設計者們把地球上的熱帶雨林、熱帶荒漠、薩王那群落、紅樹林、溫帶農田、海洋等型別的生態系統“搬進”了“生物圈”，然而所搬進的主要是生態系統的第一性生產者植被，並未把相應的動物、真菌、微生物等群落也按比例搬來。

其實這個問題與第一個問題類似，都是策劃者在事先缺乏審慎思考、調研的結果，並沒有用對待一個嚴謹實驗的態度來對待，我們在啟動“生物圈三號”前需要集合各學科的專家對專案計劃做一個充分的評估。

3）水迴圈失調

為去除水體中的過量營養元素，設計者們採用了藻類植物，但大量生長的藻類植物的處理非常困難。因為內部“雨”量調節的失調，“荒漠區”變成了“草原區”，加重了水分迴圈的失調。且頂部溫度比預想的高的多，促使水迴圈加快，使可飲用水的淨化跟不上。內部海洋麵積在減少，出現了水危機。

為去除水體中的過量營養元素，設計者們採用了藻類植物，但大量生長的藻類植物的處理非常困難。因為內部“雨”量調節的失調，“荒漠區”變成了“草原區”，加重了水分迴圈的失調。且頂部溫度比預想的高的多，促使水迴圈加快，使可飲用水的淨化跟不上。內部海洋麵積在減少，出現了水危機。

主要問題出在水分迴圈，模擬生態空間在無風無雲的狀態下如何控制水迴圈確實是一大難點，需要請教相關領域的專家。

4）食物短缺

儘管第一批進住的“生物圈人”都是能夠適應各種惡劣環境並有充分思想準備的各路英雄，然唯缺少種地的“農民”。儘管農田區佔了很大的比例，但種出的麥子、水稻卻不結籽。糧食供給遂成問題，最後餓的“生物圈”人到了食紅薯根的田步。在第二次實驗中，指揮部門從尼泊爾物色了一名32歲的農學院畢業的大學生作為“生物圈人”進住後，打出的糧食反到吃不完了。

這裡暴露的問題是挑選的“生物圈團隊”能力不足，這個專案的意義在於探索生態圈能否複製，非技術缺陷而因生存能力影響進度是不應該的。

如上，我們從“生物圈二號”的失敗案例中汲取足夠的營養，作出一些針對性的調整，成功率比起上一次會有顯著的提升。此外我們的“生物圈三號”還有另外兩大優勢，首先如今的科技比起二十年前有了非常大的進步，當時許多難以解決的問題如今已算不上什麼難題；此外“生物圈二號”歸根結底是美國的民間行為，組織上是鬆散的，而在我國政府主導之下的“生物圈三號”，在專業性、執行力上，都更具優勢。

期望看到我國透過對“生物圈三號”的探索與反思，在將來的外星移民、星際探索、未來農業等領域取得一定的先機。

在《火星救援》的結尾，男主得到中國航天局的幫助才得到救援