問(wèn)題研究:火星基地應(yīng)該是什么樣子？年級(jí)：高一

學(xué)科：地理（人教版）主講人：曹志祎學(xué)校：嵩縣第一高級(jí)中學(xué)

何建鋒地理名師工作室馬斯克的“火星移民計(jì)劃”（天才還是騙子？）

2020年1月份，馬斯克宣稱(chēng)，他的SpaceX打算在2050年之前用火箭將100萬(wàn)人送上火星，并在火星建立人類(lèi)的第二根據(jù)地。地球不堪重負(fù)，科學(xué)家正努力尋找其替代者

人類(lèi)必須保持足夠的危機(jī)感和緊迫感！為什么火星是人類(lèi)移居的首選目標(biāo)？與太陽(yáng)的距離②質(zhì)量③體積④公轉(zhuǎn)周期/a自轉(zhuǎn)周期/d表面大氣平均溫度/℃水星0.390.060.060.2458.79167金星0.720.820.860.62243.69464地球1.001.001.001.001.0015火星1.520.110.151.881.03-65木星5.20317.831321.3311.860.42-110土星9.5495.16763.5929.460.45-140天王星19.1914.5463.0884.010.72-195海王星30.0717.1557.74164.790.67-200表太陽(yáng)系八大行星物理性質(zhì)火星表面溫度雖然很低，但卻最接近地球，并且火星與太陽(yáng)的距離只比地球多了50%，此外，火星的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期與地球相差不大，溫度的變化也不是很大。所以，火星是最適合的【我國(guó)的火星探測(cè)】2020年7月23日，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭托舉著中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器，在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空。2021年4月24日，中國(guó)第一輛火星車(chē)命名揭曉，名稱(chēng)為“祝融”。2021年6月11日，國(guó)家航天局在京舉行“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器著陸火星首批科學(xué)影像圖揭幕儀式，公布了由祝融號(hào)火星車(chē)拍攝的著陸點(diǎn)全景、火星地形地貌、“中國(guó)印跡”和“著巡合影”等影像圖。那火星上的自然環(huán)境特征究竟是什么樣的？是否具備人類(lèi)生存的條件呢？背景知識(shí)：生命存在需要的條件適宜的溫度大氣液態(tài)水距太陽(yáng)遠(yuǎn)近適中質(zhì)量和體積適中，吸附大氣太陽(yáng)很穩(wěn)定原始海洋形成行星各行其道自身?xiàng)l件外部條件光照安全的宇宙環(huán)境火星是否具備這些條件？火星已具備探究一：火星概況分析資料1火星概況火星因表層土壤中富含鐵元素，具有紅色的外表，被稱(chēng)為“紅色行星”?；鹦谴髿庀”。趸己窟_(dá)95%以上?；鹦潜砻鏈夭詈艽?，赤道地區(qū)夏季白天溫度為21℃，到了夜晚能降至-73℃?；鹦潜砻姹椴?jí)m埃，常年有大風(fēng)，沙塵暴往往能持續(xù)數(shù)周。

從太空拍攝的火星照片顯示，火星表面有干涸的河床，這表明火星上曾經(jīng)存在過(guò)液態(tài)水?？茖W(xué)家據(jù)此推測(cè)火星表面曾有比現(xiàn)在更厚的大氣層，溫度也更高，這樣才能保證液態(tài)水的存在?；鹦堑膬蓸O覆蓋著由干冰和冰組成的冰蓋?？茖W(xué)家檢測(cè)了火星探測(cè)器采集的火星土壤樣本，發(fā)現(xiàn)火星土壤中含有少量的水分子。近期的研究發(fā)現(xiàn)，火星中緯度地區(qū)地表之下埋藏著大量的水冰。【資料分析】1.火星上是否具備人類(lèi)生存的條件?大氣溫度水土壤那我們到底該如何在火星上生存呢？------就只能通過(guò)建立火星基地來(lái)改造這些條件如何改造呢？創(chuàng)造適合呼吸的大氣環(huán)境?；鹦谴髿庀”?，二氧化碳含量高達(dá)95%以上，缺乏供人類(lèi)呼吸的氧氣，因而要?jiǎng)?chuàng)設(shè)與地球相似的大氣環(huán)境。減小晝夜溫差?？梢酝ㄟ^(guò)使用高效的隔熱材料和技術(shù)，來(lái)控制火星的低溫和對(duì)人體的影響。同時(shí)，可以采用太陽(yáng)能等可再生能源，來(lái)為機(jī)器設(shè)備和人類(lèi)提供能量。創(chuàng)造合適的水環(huán)境。可以通過(guò)使用水回收技術(shù)和設(shè)備，來(lái)回收和利用火星上的水和廢水。同時(shí)，可以采用太陽(yáng)能等可再生能源，來(lái)對(duì)廢水進(jìn)行蒸餾和凈化?！举Y料分析】2.若在火星上生存，需要改造哪些環(huán)境條件?輻射的防護(hù)?？梢酝ㄟ^(guò)使用高效的輻射防護(hù)技術(shù)和設(shè)備，來(lái)減少火星上的輻射和對(duì)人體的影響。同時(shí)，可以采用醫(yī)學(xué)手段等措施來(lái)檢測(cè)和預(yù)防輻射對(duì)人體的危害。食物的供應(yīng)?？梢酝ㄟ^(guò)使用高效的食品加工和儲(chǔ)存技術(shù)，來(lái)延長(zhǎng)食物的保質(zhì)期和供應(yīng)量。同時(shí)，可以采用生物技術(shù)等手段，來(lái)研究和種植適合火星環(huán)境的植物和微生物。資料2人類(lèi)研究成就——“綠航星際”

為開(kāi)展載人航天深空探測(cè)提供技術(shù)設(shè)備，為人類(lèi)星際旅行和地外居住創(chuàng)造保障條件，我國(guó)科學(xué)家研發(fā)了“綠航星際”這一受控生態(tài)生保系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由植物艙、乘員艙、生保艙和資源艙組成。它基于生態(tài)學(xué)原理，通過(guò)動(dòng)植物培養(yǎng)、廢水廢物處理、大氣調(diào)控等多個(gè)功能單元的協(xié)作，以實(shí)現(xiàn)封閉環(huán)境內(nèi)的大氣、水和食物的循環(huán)再生，建立適合人類(lèi)長(zhǎng)期駐留的生命和健康保障體系，減少地面物質(zhì)補(bǔ)給需求。2016年12月14日，4名志愿者結(jié)束了為期180天的密閉實(shí)驗(yàn)。艙內(nèi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了志愿者所需氧氣、水及部分食物的再生式供應(yīng)。該次實(shí)驗(yàn)為我國(guó)空間站任務(wù)提供了有力的技術(shù)支持，也為未來(lái)地外星球基地生命保障技術(shù)的預(yù)先研究打開(kāi)了新局面。1.“綠航星際”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為什么要在封閉環(huán)境進(jìn)行？2.“綠航星際”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在模擬什么？3.“綠航星際”實(shí)驗(yàn)對(duì)火星基地的建設(shè)能提供哪些參考？火星表面環(huán)境惡劣，人類(lèi)很難生存，或許可以嘗試在密閉的人造環(huán)境中生存。封閉環(huán)境內(nèi)的大氣、水和食物的循環(huán)再生，恰好就是在模擬地球表層大氣圈、水圈、生物圈。如果火星并不具備人類(lèi)生存的條件，可以嘗試制造人造可循環(huán)的封閉環(huán)境?；鹦腔乜梢阅M“綠航星際”，根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，通過(guò)培養(yǎng)動(dòng)植物、建立廢水廢物處理系統(tǒng)和大氣調(diào)控系統(tǒng)等，獲得人類(lèi)生存所需的氧氣、水、食物。從而實(shí)現(xiàn)封閉環(huán)境內(nèi)的大氣、水和食物的循環(huán)再生，建立適合人類(lèi)長(zhǎng)期駐留的生命和健康保障體系，減少地面物資補(bǔ)給需求，為人類(lèi)走向火星打開(kāi)了新局面。探究二：閱讀教材資料，思考下列問(wèn)題：“生物圈2號(hào)”實(shí)驗(yàn)外景“生物圈2號(hào)”是一個(gè)人工建造的模擬地球生態(tài)環(huán)境的全封閉的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，也有人把它稱(chēng)為“微型地球”，或“火星殖民地原型”。人類(lèi)目前在生物圈研究領(lǐng)域的成就1991年9月26日，美國(guó)歷時(shí)8年在建成的全封閉式人工模擬生態(tài)系統(tǒng)。只有陽(yáng)光可以照射進(jìn)去，引進(jìn)物種3800多個(gè)、有8名志愿者住進(jìn)，希望在這里可以獲得（產(chǎn)生）足夠的食物、水和空氣，供這8位科學(xué)家生活2年。

美國(guó)科學(xué)家別出心裁在一片荒漠上，建造了一個(gè)用玻璃鋼外殼把一塊地盤(pán)罩在里面的全封閉建筑物。在這個(gè)玻璃鋼罩里面，建造了地球上各種自然環(huán)境，有雨林、草原、海洋、沼澤、灌木林、沙漠等，還有幾百種動(dòng)、植物，甚至還有8名志愿人員，他（它）們互相依存，組成了一個(gè)人造小地球，美國(guó)科學(xué)家稱(chēng)之為“生物圈2號(hào)”。在這個(gè)人造小地球中，陽(yáng)光透過(guò)玻璃罩，綠色植物進(jìn)行光合作用，把周?chē)臒o(wú)機(jī)物變成有機(jī)物，并放出氧氣，有機(jī)物和氧氣供給動(dòng)物和人生存，人和動(dòng)物的排泄物和呼出的二氧化碳，又可以供給植物生長(zhǎng)。完全模仿大自然的狀態(tài)。

這是一項(xiàng)為期2年的人造小地球生態(tài)試驗(yàn)?？茖W(xué)家們?cè)谛〉厍騼?nèi)安裝了5000多部傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)各種生態(tài)變化情況，隨時(shí)向計(jì)算機(jī)提供必要的信息和數(shù)據(jù)，對(duì)人造小地球內(nèi)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)。資料3人類(lèi)研究成就——“生物圈2號(hào)”1996年1月1日，哥倫比亞大學(xué)接管了“生物圈2號(hào)”。9月，由數(shù)名科學(xué)家組成的委員會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，他們認(rèn)為:在現(xiàn)有技術(shù)條件下，人類(lèi)還無(wú)法模擬出一個(gè)類(lèi)似地球一樣的、可供人類(lèi)生存的生態(tài)環(huán)境我們必須珍愛(ài)地球！結(jié)合以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，你能設(shè)計(jì)一個(gè)火星基地嗎？

設(shè)計(jì)火星基地時(shí)需要具備哪些功能？探究三：

火星1號(hào)基地，位于甘肅省金昌市金川區(qū)，其戈壁地貌、紅色巖體等顯著性地形地貌及自然條件與火星較為類(lèi)似，是“太空C計(jì)劃”重要組成部分。艙體還原火星場(chǎng)景，既可以進(jìn)行太空科學(xué)相關(guān)研究、實(shí)驗(yàn)和模擬訓(xùn)練，又可以開(kāi)展火星主題的太空探索性休閑度假活動(dòng)和天文、航天類(lèi)科普