本書作者斯蒂芬·彼得拉內克，曾擔任全球權威科技雜誌《發現》總編輯，在科學、自然、經濟等領域出版過很多專著。此外，他還是一位TED演講人，他演講的《世界末日倒計時》，觀看次數已超過100萬。同時，他還在科學、自然、經濟等領域出版過眾多學術類專著，我們本期要講的這本書就是他最為經典的著作之一。本書一經出版就引發世界範圍的討論熱潮，讀者們普遍認為，書中的內容比硬核科幻更加真實，閱讀體驗也更加過癮，同時，本書也受到《衛報》、《紐約客》、《每日電訊報》等多家媒體的推薦。
第一部分
那麼，我們人類究竟為什麼要去往火星呢？跟著作者的思路，我們一起來探索其中的秘密。
回望歷史，輪船的發明讓人類跑的更遠，汽車的發明讓人類跑的更快，火車的發明讓人們運輸的更多。但是，人類從來都不會滿足於現狀，他們甚至還想長出一雙翅膀，然後在高空中自由飛行。因此，飛行是人類最古老、最美好的願望之一。但是，這始終都是一場幻想。直到近代時期，萊特兄弟發明了飛機，這才讓人類美夢成真。至此，人類終於能夠脫離地球的引力，飛向那嚮往已久的天空，與成群的大雁結伴，與近在咫尺的白雲共舞。而到了現代，人類又把目光投向了太空，他們不僅想在太空中遨遊，還想在太空中找到另一個家園。聽起來，這似乎又是一場玄而又玄的幻想，不過這一次，人類很快把這種幻想付諸了行動。
經過長期的探索，人們發現，火星很可能就是人類的第二故鄉。於是，人們就展開了對火星的探測和研究，就在不久前，荷蘭的火星一號公司，甚至還制定了登陸火星的計劃，這就很有可能會加快人類奔向火星的步伐。接下來，我們就來聊一聊火星一號登陸火星的計劃。
登陸火星的計劃，是在2013年5月被首次提出，之後便很快被科學家們研究部署。火星一號公司透過電視真人秀的方式招募志願者，而當時報名的人數竟多達20萬。2014年1月，公司又從20萬名志願者中間篩選出1058位參加第二階段的篩選。這1058名志願者經過多次淘汰後，最終選出24名“地球壯士”，並在2024年分為6個批次前往火星。 但是，火星之旅畢竟是人類歷史上前所未有的冒險之旅，從地球出發，宇航員大概需要六七個月的時間才能達到火星，在這個漫長的旅途中，他們必然會遇到一系列意想不到的危險，因此，公司決定對他們進行長達八年的火星移民訓練。
之後，公司又制定了一系列詳細的計劃，他們計劃在2014年建造第一個衛星通訊裝置，並打算在2016年將2500公斤的食物運送至火星，然後再將探測器發射到火星上，為宇航員選擇適合建造居住場所的位置。他們的預期是，在2023年，首批志願者將成功登陸火星，而2025年，第二批志願者也將成功登陸，截止2033年，在火星上居住的人類成員將達到20人。
火星一號公司的目標很宏偉，計劃也相當的完美。但是，這一切計劃最終卻永遠停留在了紙頁上。究其原因，一方面，公司為宇航員提供的是一張單程票，那些成功登陸火星的宇航員，必將在火星上度過自己的餘生，這就引發了社會各界的質疑，也讓公司遭受了巨大的輿論壓力。另一方面，由於技術和資金等問題，火星一號公司並無法確保，每一步計劃都能萬無一失。最終也因為資金鍊斷裂導致公司破產，而登陸火星的計劃也就此擱淺。
可是，儘管登陸火星計劃最終以失敗告終，但這卻是人類歷史上少有的一次壯舉，而且，人類也並沒有就此停下奔向火星的步伐。
那麼，登陸火星的過程如此艱難，人類為什麼還要這麼執著呢？作者認為，那是因為開發和改造火星，對人類社會的發展有著深遠的意義，甚至有些科學家還認為，火星必然是人類未來長期探索的主要目標之一。
具體的，我們看看作者是如何分析的。
人類的生存危機，這可能就是人類想要移居火星的根本原因。一方面，隨著人類社會的發展，人口數量日益膨脹，逐漸枯竭的自然資源已經不能滿足於人類發展的需要。另一方面，由於自然環境的破壞，地球已經越來越不適宜人類的生存，很可能在未來的某一天，人類將死於自己製造出來的有毒氣體。但是，人類畢竟是擁有思考能力的高等動物，不會甘願像白堊紀時期的恐龍一樣走向滅絕。不過，人類想要改造地球的現狀，讓地球變回從前的樣子，這似乎已是不太可能的事情。因此，最好的辦法，就是在茫茫宇宙中找到地球的替代品。
那麼，人類為什麼會把目光投向火星，而不是其他星球呢？而且火星似乎也並不是人類理想的居住場所。關於這個問題，我們首先要明白的是，在整個宇宙範圍內，可能存在完全適宜人類居住的另一個星球，但人類所能達到的速度似乎已經到達了極限，就算以後真的發現了那個最為理想的星球，人類有限的壽命也並不能滿足長時間旅行的需要。所以，人類只能把目光放在離地球最近的太空中。而在距離地球最近的太空中，火星就是那個最為適宜的星球。
另外，除了人類生存的需要，開發火星還能給人們帶來巨大的經濟利益。有航空人士表明，在火星於木星軌道中間的小行星帶上，有很多星球上面都蘊藏著豐富的礦產資源，如果將它們的價值平均分給世界70億居民，每個人就會得到超過1000億美元的財富。因此，就算火星最終沒能成為人類的第二個故鄉，人們也會在巨大利益的趨勢下，對火星周邊星球和太空進行更多的探索和開發。鑑於火星相對適宜的環境，人們就很有可能將火星作為中轉站，甚至還會將火星當做自己生產、加工的基地。曾有人開玩笑說，當iphone30上市的時候，它的機身上很有可能就刻著火星製造的字樣。
說到這裡，也許有人會說，既然登陸火星有這麼多好處，那我們直接上去不就好了嗎？為什麼還要這麼瞻前顧後呢？這是因為，登陸火星並不像想象中那麼簡單，火星一號公司被擱淺的計劃就是一個很好的例證。
第二部分
接下來，我們詳細分析一下登陸火星會遇到的困難以及解決的途徑。
我們先來看第一個問題，距離。關於距離，很多人大概都會先入為主地認為，這個問題應該是最不可能成為問題的問題，他們的理由是，人們在幾十年前都已經成功登上了月球，雖然火星確實遠了點，但這似乎也只是一個量變的問題，並沒有達到質變的程度，就像從北京出發去旅遊，人們很容易到達天津、石家莊等地，但前往拉薩也不是什麼困難的事，畢竟只是多了點距離，其他並沒有什麼特殊的技術要求。這話聽起來沒毛病，但人們忽略了一個問題，那就是：一些看起來可以通用的原理，在實際操作中往往總是行不通。這個道理在駕駛的過程中就表現的很明顯，比如說，同一輛小轎車，在它的時速只有20公里的時候，剎車距離只需要一米，但時速到達40後，剎車距離就會上升至五米，當時速到達80公里的時候，剎車距離則直接飆升至二十五米。這個例子就告訴我們，任何事情都不能從某一個方面的變化去斷定整體的變化。因此，我們也不能認為登陸火星就那麼簡單。
實際的情況是，地球到火星的距離，是地球到月球距離的140到1000倍，而且還不能走直線。在這裡，我們需要解釋一下，為什麼地球到火星的距離是地月距離的140到1000倍，而非一個固定的數字？這是因為火星是繞著太陽進行公轉的，這就讓火星和地球之間沒有一個穩定不變的相對位置，因此，也就沒有一個恆定的距離。
那為什麼又不能走直線呢？這是因為，宇宙飛船無法承載這麼長距離飛行所需要的全部燃料。想要解決燃料的問題，要麼就需要建立中途的補給站，就像我們高速公路上的加油站一樣，要麼就是減少燃料的用量。不過很明顯，第一種辦法完全行不通，想要在太空中建立燃料補給站，這個難度是可想而知的，恐怕要比登上火星還艱難。因此，人們就只能選擇第二種辦法，減少燃料的用量。怎麼減少燃料的用量呢？這就要提到一個叫做馮.布勞恩的德國人。他是一名傑出的航天學家，在工作之餘，他撰寫了一本叫做《火星計劃》的航天學專著，在這本專著中，布勞恩就提出了自己的設想，它的基本原理是，在宇宙飛船發射升空時燃燒一部分燃料，但在宇宙飛船進入火星公轉軌道後，將不再需要使用燃料，而是透過滑行來靠近火星。只有當宇宙飛船非常接近火星時，燃料推進系統才會被重新啟動。這樣的話，宇宙飛船在大部分的飛行過程中是不需要消耗任何燃料的，只有在升空和著陸的時候使用一點點燃料。
但是，如果這樣的話，每一次登陸火星的週期就會變得非常漫長，因為在宇宙飛船靠慣性繞行的過程中，沒有任何推進的動力，速度就會非常慢，據試驗，即便是現有的技術，每次到達火星的時間，就已經超過了250天，試想一下，如果採用剛剛所說的滑行方式，那該需要多久的時間呢？
當然，除了時間問題，成本也是一個很大的難題。到目前為止，世界上有能力登陸火星的宇宙飛船有兩種，分別是天空探索技術公司的“天龍號”和美國宇航局的“獵戶座”，但它們搭載的火箭成本非常高，據粗略的估計，每次發射宇宙飛船的成本都將高達幾千萬美元。
另外，就算不考慮時間和成本的問題，資料傳輸效率也是一個重要的影響因素。根據地球和火星之間的距離來計算，無線電訊號單程傳輸的時間就長達21分鐘，也就是說，如果地球上的指揮塔發出了指令，身在火星的宇航員在21分鐘之後才能聽到這句話，而宇航員回覆一句話，也要等到21分鐘後才會被傳送到指揮塔，這樣一來一回，一個簡答的對話就需要42分鐘的時間。由於溝通不順暢，這就會導致嚴重的後果。比如說，如果宇宙飛船在著陸的過程中出現了故障，或者是遇到了突發狀況，宇航員將無法及時獲得來自地球的支援，在一個完全陌生的環境中，這顯然是非常可怕的一件事，很可能會讓前期的努力毀於一旦。因此，僅僅這一點，就大大增加了火星探索活動的難度。
不用說，首要的問題當然是水源。水對於人類生存的重要性我們無需多講，但人們想在火星上找到水源可不是一件簡單的事情。根據目前在火星上探測到的資料顯示，火星上曾經應該流動著以液體形式存在的水資源，因為火星表面遍佈著無數條幹涸的河谷。但是，在千百年後的今天，由於火星表面氣溫驟降，導致這些水資源都變成了堅硬的冰塊，被深埋在風化層之下，而且大部分也都集中在火星的南北極地區。在這些地區，條件變得更為惡劣，冰塊的上面甚至還覆蓋著厚厚的固態二氧化碳，也就是我們常說的乾冰。在這種條件下，如果不想被渴死，人們就得像開採礦石那樣，用電鑽等工具採集固態水，之後再進行加熱。不過，除了這種辦法，人類還可以透過另外的途徑得到水資源，那就是收集空氣中的水蒸氣。在火星上的一天當中，有一些時間段的空氣溼度能夠達到100%，人們完全可以利用水蒸氣收集裝置，收集到足夠多的水資源。總之，儘管在火星上獲得水資源非常困難，但透過一定的技術手段還是可以實現的。
解決了水源問題後，人類還需要氧氣。但是，在火星上，氧氣的含量卻非常低，空氣的主體是二氧化碳，含量佔到了95%，因此，就算其它氣體全部是氧氣，也只有5%左右的含量，這離人類比較適應的，21%的氧氣含量還相差甚遠。這該怎麼辦呢？火星上又沒有綠色植物，那就只能靠自己去製造。製造氧氣的原理其實也並不複雜，一種辦法是電解水，另一種辦法則是分解二氧化碳。但是，鑑於火星上水資源的稀缺，人們不太會考慮採用電解水的方式去獲得氧氣，再加上火星上二氧化碳這麼多，因此，分解二氧化碳必然會成為首選。不過這也存在一定的問題，因為分解二氧化碳會產生對人體有害的一氧化碳，稍不留神，人們就可能死於一氧化碳中毒。另外，就算人們能夠完美地解決一氧化碳這個問題，人們也不可能只呼吸純氧，因為人們習慣的是呼吸21%的氧氣和78%的氮氣。因此，人們為了能正常呼吸，還得在氧氣中新增大量類似於氮氣的惰性氣體，而製造惰性氣體又是一個不小的工程。由此可見，人們想要在火星上正常呼吸，看起來比喝水更困難。但不管怎麼說，透過一系列的努力，人們也是可以實現的。
不過，在得到了水源和氧氣後，人們依然還是不能在火星上存活，因為人們還需要食物，這也是一個大問題。面對食物來源問題，人們第一個想到的就是種植，火星上的光照條件正好也為種植提供了幫助。在火星赤道附近，白天和黑夜都是12個小時，由於足夠的光照，人們就可以在這裡建立溫室，然後利用太陽能調節溫度，進行植物栽培。雖然火星上的土壤不一定適合植物的生長，但土壤並不是植物生長必須的原料，所以，在火星上種植植物是完全可行的。但在火星上進行種植也不是一點困難也沒有，其中影響最大的就是火星引力和輻射，火星上的引力只有地球的38%，輻射更是無處不在的。儘管人們已經驗證植物可以在完全失重的條件下生長，而且是在強輻射的狀態下也能存活，但在這種條件下，生長出來的植物顯然是不適合人類食用的。所以，在植物生長的過程中，人們還需要進行多方面監測。另外一個問題是，建造適合植物生長的場所，需要的成本也相對較高，因此人們就必須選擇那些既不佔空間，又富含蛋白質和纖維的植物，例如豆類、蘑菇等。不過，人們要想在火星上生活，可能就需要養成吃素的習慣，因為在火星上飼養動物所需的成本不是一般的高。這是因為在食物鏈當中，能量的傳遞是單向流動且逐級遞減的。比如說，一公斤的植物能提供100千卡的能量，但食草動物吃一公斤的植物只能儲存其中的10%到20%的能量，也就是10到20千卡的能量，這就相當於浪費了80%到90%的原始能量，而人們在吃這些動物的時候，又會進一步浪費掉80%到90%的能量。因此，在火星上，人們想要靠吃肉就能吃飽的話，那就得消耗大量的植物。在火星這麼嚴苛的環境條件下，這顯然是得不償失的。但不管怎麼說，就算是吃素，人們還是可以生存的，這也算解決了人們的吃飯問題。
如果是在地球上，只要有飯吃，有水喝，能夠呼吸到氧氣，就算沒有房子可以住，沒有衣服可以穿，人們也可以很好的活著，但在火星上卻行不通。前面我們說，火星上的輻射是無處不在的，其中最主要的輻射是太陽輻射和宇宙輻射，如果在沒有任何防護的情況下，人們就相當於生活在原子彈爆炸的現場，在短短几天內，就有可能死於輻射導致的疾病。因此，在人們踏上火星地面的那一刻，首先要解決的就是輻射的問題。人們需要建造能夠抵擋住輻射的房子，想要外出的話，還得穿上厚厚的防護服。另外，火星表面的氣壓非常低，僅僅相當於地球的1%，如果人們直接暴露在火星的空氣中，大概就會像從深海中撈出的魚一樣，瞬間就發生爆炸。因此，人們還需要在防輻射的衣服裡充入足夠壓力的氣體。
以上就是人們在火星上會遇到的各種問題，想象一下吧，如果以火星現在的狀況，生活在上面的人們，必然是每一個舉動都要跟死神進行一次殊死的搏鬥。與其這樣的話，還不如坐等地球的毀滅。因此，想要在火星上生活的更好，我們就有必要對火星進行全面的改造。但是，我們也完全想象得到，改造火星又是一項規模巨大的工程。儘管如此，科學家們對改造火星還是抱著很大的希望，甚至提出了很多設想。具體的，我們一起接著來看。
第三部分
前面我們說，火星上的二氧化碳都被凍成了乾冰，那人類豈不是瞬間就會被凍成冰塊。因此，科學家們改造火星的第一步就是讓火星變暖。他們的第一種設想是，在地面上放置一個寬240千米的大鏡子，然後將火星反射的陽光再次反射回地面。透過這種方案，人類在幾年內，就能讓赤道附近的區域在白天裡出現液態水。但是，如果選用這種方案的話，鏡子就必須在火星上製造，因為這麼大一面鏡子，如果是在地球上做好再運往火星，這個對技術的要求就會很高。
於是，科學家們只能轉換另一種思路，就是在火星上建工廠，專門製造氟氯烴等溫室氣體。科學家們的具體做法是，使用特殊細菌將水和氮轉化為氨氣，或者將水和二氧化碳轉化為甲烷。雖然這些溫室氣體對地球來說具有非常大的破壞力，但在改造火星的過程中卻能發揮巨大的作用，因為它們一方面能夠起到升溫和保溫的作用，另一方面還能有效的隔離輻射。當然，也會帶來嚴重的問題，因為這種特殊細菌的生長，很容易脫離人類的控制，這就很可能會導致災難的發生。因此，科學家們把這種方案也否定了。
隨後，他們又想到了一個非常簡單而且切實可行的方法，就是使用太陽帆。太陽帆的工作原理說起來複雜，其實也非常簡單，就是一個簡單的作用力與反作用力的原理，只不過這個作用力是由光子給出的。對物理學有過研究的朋友應該都知道，雖然光子並沒有靜態的質量，但還是有一定的動量存在。因此，當光子撞擊在太陽帆上時，就會對太陽帆產生一定的衝擊力，光子會反彈，同時也能讓太陽帆發生一定的位移。所以，只要太陽帆的面積足夠大，就會得到足夠的推動力。在之前，太陽帆一般被當作一種動力裝置安裝在宇宙飛船上，如果調整合適的角度，宇宙飛船就能獲得源源不斷地動力。現在，如果把太陽帆放置在火星上，並且調整好合適的角度，如果太陽帆面積足夠大，就能收集足夠的陽光，這就能實現火星的升溫。這種方案聽起來似乎跟鏡子的原理差不多，但其中還是有很大的區別，最主要就體現在陽光的利用率上面。雖然這種方案聽起來也是玄而又玄的東西，但人們已經掌握了它全部的技術，唯一需要考慮的就是資金問題。
總之，無論透過使用哪一種方法，火星升溫這個難題還是能夠得到妥善的解決。如果火星氣溫升高到一定程度，人們就可以在室外種植植物，一些生命力頑強的植物就會在高濃度二氧化碳的環境中得以生長，並釋放大量的氧氣，這就會形成一個良性迴圈，最終就會在火星上形成適合人類生存的大氣層。
另外，在火星升溫的過程中，人類很可能會喚醒火星上沉睡的古老生物。當然，這只是一種猜測，持有這種觀點的科學家認為，種種證據證明火星上曾經存在著液態水和高密度的大氣層，而且也有能夠形成生命的化學物質，因此在火星上，很可能存在過生命物體。如果這種可能性存在的話，那麼火星上的古老生物一旦被喚醒，就會對人類改造地球帶來莫大的幫助，因為如果它們大量繁殖的話，將會更好地營造出一個適合人類生存的環境。
但是，人類想要在火星上生存，還需要改造火星的空氣。上面我們提到，人類適應的呼吸條件是，21%的氧氣和78%的氮氣組成的混合氣體，而人類的肺部又對這一比例非常的挑剔。因此，想要在火星上順暢地呼吸，就得把火星的大氣層也改造成這種比例，這就要求人們不僅要製造出足夠的氧氣，還要把空氣中95%的二氧化碳降低到一定程度，並且還要製造出足夠多的惰性氣體。但是，想要實現這一步轉變，對於人類來說是相當困難的，且不說規模的大小，僅僅在比例方面，人們就很難把控。另外，在改造空氣的過程中，由於二氧化碳和氟氯烴等溫室氣體的比例被降低，這就會導致火星溫度重新下降，然後又讓人們回到起點。
說到這裡，改造火星似乎成了一道偽命題。那麼，人類移居火星的夢想難道就這樣破滅了嗎？科學家們並沒有放棄。我們常常聽到這樣的話，叫做改變不了世界就改變自己，科學家們似乎也受到了啟發，他們認為，我們也可以從另一個角度來解決人類適應火星的問題，那就是改造人類。不可否認的是，人類在漫長的演變過程中，已經被大自然改造過很多次，而且每一次改造都會推動人類的發展，其中發揮著巨大作用的就是各種型別的病毒，它們在入侵人體的時候，改變了人體的DNA，也讓人類更加適應大自然。這個過程是被動的，當然也是漫長的，如果我們人類主動去改造的話，必然會加快這個演化的過程，如果這種方法真能夠得以實施的話，說不定在未來的某一天，人類真的就能適應火星的環境。
至此，我們本期要講的核心內容就為大家講解完畢，下面讓我們做一個簡單的總結：從本書中我們知道，隨著地球生態環境的破壞以及人口的膨脹，人們逐漸意識到，地球在將來的某一天，可能不再適宜人類的居住，因此就把目光投向了火星，想要把火星打造成地球的替代品。當然，這其中也有巨大的利益驅使。但是，改造火星並不是一件簡單的事情，在這個過程中，人類會面臨各種各樣的困難，因此，人類還需要不斷努力，不斷突破創新，說不定在未來的某一天，人類真的就能登上火星，開闢出另一個，可以讓我們賴以生存的家園。