雷奕安
近日，我国科学家基于嫦娥四号数据在月背发现月球深部物质的消息引发公众的关注与兴趣，也使月球研究再次进入人们的视野。笔者认为，我们的确应该脚踏实地认真做好月球的研究与开发。
长期以来，人们对火星似乎比对月球更感兴趣。火星开发已经变成了一个热门话题。美国的探测器已经多次在火星表面着陆，对火星进行了实地探索。科技狂人穆斯克计划将第一批地球人于2024年送上火星，在火星上建立第一个太空殖民点。
我们真的应该把火星作为我们第一个太空殖民点吗？
很多人认为，至少在太阳系中，火星是与地球表面条件最接近的一颗星球，有大气，有水，有二氧化碳，昼夜周期跟地球差不多，气候比月球更温和，表面重力也更大，土壤可以直接种植，建一个太空站，人类就可以直接在火星上生存。
但是这种看法没有考虑到，即使火星的生物生存条件看起来比月球好很多，仍然比地球差很多，人类直接在火星表面生存，面临的困难巨大。
具体来说，由于火星的磁场太弱，不能避免自己的大气被太阳风剥离，因而需要建立人造磁场。目前火星大气的主要成分是二氧化碳，分子量较大，不容易被太阳风剥离，但是人们改造后的火星大气必然有大量水分，而水分子更容易逃逸。所以，在改造火星之前，需要提前考虑大气保护问题。建立行星尺度的人造磁场是可以实现的，但是各种方案都需要巨大的工程量，需要消耗亿吨级比较稀有的材料，再考虑直接从地球运输到太空的困难，显然不可能是一个短期内可以实现的目标。
由于大气稀薄，距离太阳更远，火星昼夜温差极大，夜间温度极低。虽然太空站的保温问题不大，但是本地种植无法开展，火星上的人类无法独立生存。独立生存必须建立本地生态圈，就需要将整个行星的平均温度提高50摄氏度左右。温度提高之后，大气总量会自然增加，大气压增加，宇宙辐射减弱，人类有可能在火星表面直接活动，不需要额外防护。提升全球温度最可行的办法是在火星的第二拉格朗日点放置巨大的反射镜，直接提高火星的日照强度。火星的日照强度只有地球的一半左右，背面加一个反射镜，正好将火星接收到的太阳能提高到地球水平。反射镜的建设同样需要上亿吨的材料，如铝、铁、钛等，这些材料只有充分开发月球之后才能方便地获取并运送到相应位置。
在无法改变星球表面环境的情况下，人还是不能在火星表面自由生存。所有的给养包括食品都必须从地球运送过来。由于地球到火星的运输每两年才有一次窗口期，而驻人太空站需要经历太多的挑战、太多的不确定，撤离几乎不可能，因此安全性完全无法保证。
如果要住人，并且长期生存，目前火星表面和月球表面没有太大的差别，一样充满来自宇宙空间的有害辐射，一样不能直接暴露在环境中。如果要殖民，在没有浓密大气的条件下，只能在地下生存，因为唯一有效阻断辐射的办法就是厚的材料，即土壤（或大气）。
如果只是在地下生存，月球条件更优越。因为月球更小，重力也小，各种建设工程消耗的能量少。在地下洞穴中，支护洞穴需要的材料强度要求低，用量少。表面设施建设也更容易，且没有大气的破坏，没有火星上的风沙，建好后几乎不需要维护。
月球的优势还包括以下几点：首先是距离地球近，优势巨大。地月运输随时可以进行，救援马上可以组织，撤离也容易得多。而火星距离远，发射有窗口期限制。其次，月球距离太阳更近，没有大气云彩的干扰，太阳能板效率高，能源充足。而太阳能几乎是唯一的能量来源。月球没有大气是一个重要的优势，包括：没有腐蚀、侵蚀以及大气环流带来的灰尘问题，静电问题可以克服。月球是真空环境，可以开发基于真空环境的冶炼和加工技术。
这类技术在地球上只有附加值极高的情况下才会使用，但是在月球上，各种真空加工技术都非常简单。因为月球没有大气，可以直接利用电磁轨道加速发射进入太空，根本不需要火箭技术。月球重力小，降落也可以采用向空中抛撒粉尘辅助降落，也会比火星降落简单。另外，月球上的地质活动已经停止，不用担心地震，再加上重力小，可以大量开发地下空间，地下空间的跨度也可以做到很大，让人们感觉更空旷、更舒展。在地下空间中，由于自然存在重力约束，可以很容易地维持较大密度的空气。
而星球表面的空间站或者太空的空间站都很狭小，因为维持一定大气压对结构要求很高。而只有具备了较大的空间，才能谈论生物圈。星球表面的几个空间窄小的气泡是肯定不行的。这也是生物圈2号失败的原因之一，生物圈需要足够的复杂性和体量。月球还有一个有利因素是月球芯部有大量不同种类的金属。由于月芯温度已经不高，而且固化，我们可以直接钻探到深层，甚至芯部，以获取大量地球上难以开采的贵金属。
月球的不利因素之一是昼夜周期长。所以开始的时候，最好的地点在南北极附近，这里不但有月球上最重要的资源——水，还因为月球的自转倾角小，有些地方常年都可以被太阳照射到。也可以稍微建高一点，反正月球重力小，又没有风雨。
火星还有一个劣势是轨道偏心度大，自转轨道倾角也大，因此气温随季节变化的幅度很大。考虑到火星的一年是地球的两年多，季节变化更极端。
所以，无论住人不住人，月球都是人类宇宙开发前哨站的第一选择。火星有可能成为第一个能住人的星球，但是必然在大规模开发月球之后。
500年前，最先跨海航行的葡萄牙、西班牙、荷兰强盛一时。从现在开始的500年，人类必然大规模开发太阳系。月球是人类跨出地球的第一步，是太阳系开发的铺路石。优越的太空环境、丰富的物质资源，谁先一步开发就会在未来的太空开发竞争中占据优势地位。第一个在月球建立基地的国家，一定会占有月球最佳的位置，比如南极永昼点附近，既有太阳能保障，还有大量的水。第一个占据优势位置的国家，将直接获得至少15年的发展优势。根据月球公约，占据第一个优势位置并不需要很大的投入。
火星谁想去谁去，我们还是脚踏实地，好好开发月球吧。
（作者系北京大学物理系副教授）
