火星变“水星”，真有可能吗？

《ARIA》（中文名：水星领航员）是一部温馨而富有幻想色彩的作品，其故事舞台设定在一个被称作 AQUA 的星球上的一座城市：新威尼斯，这是人们以数百年前地球意大利有名的水城威尼斯为蓝本建设的观光城市。

AQUA 原本是火星，经过 150 年的地球化改造后，整个星球 90%以上的地表被海洋覆盖，成为了一颗水世界。而在这颗行星上，许多特殊职业诞生，如看火人负责调节气候，地重管理人则维持人工重力。

那么，这样的世界真的有可能实现吗？本篇博客将基于现实物理科学，对《ARIA》中的世界设定进行分析。

《ARIA》的背景设定

历史

1. 火星如何变成了 AQUA？

   在《ARIA》的设定中，人类花费约 150 年对火星进行了地球化改造，使其变成了 AQUA。在改造过程中，火星极冠的冰层融化，导致水量远超预期，最终覆盖了 90%以上的星球表面。由于这一变化过于显著，火星被正式更名为 AQUA 。

   值得一提的是，在 AQUA 的早期开发阶段，人类建立了多个开拓基地，以获取地球化改造所需的资源。其中一个基地的任务是开采 AQUA 的地下水，但由于水量超出预期，该基地最终沉没于海底。如今，部分开拓者的墓碑仍然矗立在岛屿上，象征着这段历史的艰辛。

2. AQUA 的新威尼斯

   AQUA 的故事主要发生在“新威尼斯”，这是一座建立在 AQUA 海洋上的观光城市，其设计完全复刻了地球上的威尼斯。在最初的移民过程中，迁入者按照自己的文化背景建设城镇，而新威尼斯正是意大利移民的代表。由于地球上的威尼斯在 21 世纪初因海平面上升而沉没，一些具有历史价值的建筑（如 Caffe Florian）被整体迁移到了新威尼斯，使这座城市继承了威尼斯的建筑风格、文化艺术和风俗传统。

自然现象

1. AQUA 的公转和自转周期

   AQUA 的自转周期约 24 小时，公转周期则是地球的两倍，为 24 个月。因此 AQUA 的日历就是 24 个月 1 年。但是，这样算的话，地球历的两年内，人只增长了一岁...

2. AQUA 的卫星

   与地球称呼其卫星为“月亮”类似，AQUA 的人们将其两颗卫星称为“月亮二”和“月亮三”。

3. AQUA ALTA 潮汐现象

   AQUA ALTA 是在 AQUA 发生的由南风，潮汐的涨落以及气压等综合原因造成的高水位潮汐现象。这期间，水位升高造成街道和店面浸水，城市的各种功能基本瘫痪，人们都在家里悠闲度日，不过应该还是有一些店铺依然营业。

特殊职业

1. 看火人：调节 AQUA 的气候

   由于 AQUA 远离太阳，气温较低，因此需要额外的加热机制。在设定中，漂浮在 AQUA 空中的浮岛上安装了锅炉，释放热量以维持适宜的气候。这项工作由“看火人”负责，他们需要手动控制锅炉系统，使 AQUA 保持相对温暖的环境。然而，手动调节可能导致天气异常，例如夏季持续高温等。

2. 地重管理人：维持 AQUA 的人工重力

   AQUA 的原始重力较低，因此人类开发了一种高密度的“重力石”，外观类似糖球，颜色鲜艳。为了维持与地球相同的重力水平，这些重力石被输送到 AQUA 地下，并在管道中循环流动，管理这一过程的人员被称为“地重管理人”。当重力石流动时，会发出有着美妙音色的声音。

注

以上内容源自《ARIA》系列动画中出现的相关设定。与 AQUA 世界背景无关的设定，以及一些明显具有超自然色彩的设定均未提及。

能够实现的设定

天文设定

AQUA 在设定上由火星改造而来，因此天文学上的设定和与现实中的火星十分相近。下文中提到关于 AQUA 的各种属性（如质量、空气密度等）均以火星作为参考值。

• 在设定中，AQUA（即火星）的自转周期约为 24 小时，而公转周期是地球的两倍，即 24 个月为一年。现实中，火星的自转周期为 24 小时 37 分钟，与地球非常接近。

  而火星的公转周期约为 687 地球日（约 23 个月），与设定相差不远，因此“24 个月=1 年”的定义大致符合火星轨道特性。

• 《ARIA》中提到 AQUA 有“月亮二”和“月亮三”，对应现实中火星的两颗天然卫星火卫一（Phobos）和火卫二（Deimos）。

AQUA ALTA 现象

AQUA ALTA 这一设定借鉴了地球上威尼斯的 Acqua Alta（高水位潮汐）。在现实中，这种现象确实存在，主要受到潮汐、气象因素和海平面变化的影响。由于 AQUA 的城市结构模仿了地球的威尼斯，这种潮汐现象的设定在逻辑上是合理的。

动画和现实中的潮汐现象

然而，AQUA ALTA 导致整个城市功能瘫痪的设定是否合理？要形成如此大规模的潮汐变化，需要较大的潮汐力。由于 AQUA 的两颗卫星质量较小，较大的“月亮一”质量只有 AQUA 质量的 $10^{-8}$ 左右，而月球质量能占到地球质量的 1%，因此其潮汐效应远远弱于月球带给地球的潮汐效应。

因此，如果要在 AQUA 上形成类似的极端潮汐现象，可能需要额外的影响因素，比如大气压的剧烈波动或者人工控制的水流系统。比如孟加拉湾的风暴潮，它在飓风作用下可引发超过 6 米的海水倒灌，导致沿海区域完全被淹没。这或许可以作为 AQUA ALTA 极端潮汐现象的现实参考。

难以实现的设定

让火星成为“水世界”

1. 水的来源问题

   在设定中，火星的极冠冰层融化后，产生的水量远远超过预期，导致整个星球 90%以上的地表被海洋覆盖。但现实中，火星的极冠主要由二氧化碳冰和一部分水冰组成，其中水冰的储量并不足以形成大规模海洋。

   可能的替代方案：

   • 引入外部水源：通过小行星撞击，将富含水冰的小行星引入火星。
   • 人工制造水：利用化学反应（如电解矿物中的氧化物）制造水，但难以大规模实现。

2. 水的存留问题

   即使有足够的水，火星的低引力（仅为地球的 38%）和稀薄的大气（仅 0.6%地球大气压）会导致水迅速蒸发并逃逸到太空。因此，仅仅让极冠融化无法维持稳定的海洋。

   可能的解决方案：

   • 制造更厚的大气层，如释放温室气体（CO₂、氟化气体）来增加气压。
   • 人工磁场保护，防止太阳风剥离火星大气，使水能够长期存在。

此外，设定中提到在 AQUA 的开拓时代，人们在地下挖掘时发现了超出预期的地下水，最终导致整个基地沉没。这一设定有些夸张，因现实中的火星地下水储量较少，即使存在，也大多是冰冻状态，并不会以液态形式大量涌出。

通过浮岛调节气候

在 AQUA ，气候调节依赖于悬浮在空中的浮岛，这些浮岛上安装了锅炉系统，由看火人负责人工操作，以向大气中释放热量，使 AQUA 的气候适宜人类居住。然而，这一设定在现实中存在多个问题：

1. 浮岛的可行性：

   • AQUA 的大气密度仅为地球的 0.6%，几乎没有足够的空气浮力来支撑任何悬浮结构。
   • 除非浮岛依赖反重力技术或高能磁悬浮，否则难以稳定漂浮。

2. 锅炉的能源问题：

   • AQUA 远离太阳，太阳能较弱，传统化石燃料也不可行，因此浮岛锅炉需要依赖其他能源，如核能或聚变能。
   • 轨道太阳能反射镜可能是一种更现实的替代方案，它可以聚焦阳光并向 AQUA 表面传输热量。

3. 人工气候控制的难度：

   • 现实中，地球的大气系统高度复杂，天气调节依赖于全球性因素，而 AQUA 依赖手工操作的锅炉来调节气候，可能过于理想化。
   • 一个更可能的方式是构建类似地球温室效应的大气层管理系统，如释放温室气体（CO₂、甲烷等）以维持适宜温度。

通过“重力石”调整重力

地重管理人的设定是利用高密度的“重力石”来增加 AQUA 的重力，使其达到 1G。设定中，这些重力石“很小一颗就有非常大的质量，外观类似糖球，颜色很鲜艳。”但现实中，重力取决于质量，而要让 AQUA 的表面重力从 0.38G 提高到 1G，需要增加 2.63 倍的 AQUA 质量，这几乎是不可能的。

可能的替代方案：

• 超高密度材料：如果未来科技能够制造出比地球上已知材料（如金、铀）密度更高的物质，理论上可以用较小的体积提供较大的质量，但仍然远远不足以影响行星重力。
• 局部重力增强技术：比如利用引力透镜效应的人工引力场，但这属于超前的科幻概念，目前没有实现可能。

此外，设定中提到重力石在 AQUA 地下的管道中流动，并发出不可思议的声音。这种设定虽然富有想象力，但在现实物理学上难以成立。重力的影响是基于质量分布的，而不是物体的流动状态，因此“流动的重力石”不会对整体重力产生实际影响。

《ARIA》中的世界能否实现？

想要以目前——甚至是几十年内——人类的科技水平改造火星，创造出 AQUA ，是绝对无法办到的。

但是《ARIA》的故事发生时间设定在 2301 年，到那时万一真实现了呢？😉