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火星移民,如何使火星一块块的变为宜居地

2019-7-16@艾米 0 评论

将火星变成一个对生命友好的世界并不一定是一项艰巨的行星范围的巨大工作。

一项新的研究表明,通过在火星表面或其上方放置一层薄薄的二氧化硅气凝胶,可以使这颗红色星球的小块区域相对廉价且有效地宜居。这种隔热的气凝胶能够使地面变暖,足以融化水冰,还能阻挡有害的紫外线(UV)辐射,有可能创造一个植物和其他光合生物可以繁衍的环境。

火星移民,如何使火星一块块的变为宜居地

白色的就是二氧化硅气凝胶

研究小组成员说,我们可以很快开始这样做。

哈佛大学环境科学与工程副教授罗宾·华兹华斯(Robin Wordsworth)表示:“我们想思考一些在十进制时间尺度上可以实现的东西,而不是未来几百年可以实现的东西(或者可能永远也不会,这取决于人类的能力)。”

火星表面在古代非常适合居住,拥有湖泊、河流甚至巨大的海洋。但是,在大约40亿年前火星失去了全球磁场之后,情况发生了巨大变化。

来自太阳的带电粒子开始剥离火星曾经厚实的大气层,最终将其减少为薄薄的一层薄片,不能保持太多热量或紫外线辐射。结果表面变得非常寒冷和干燥,使地下蓄水层成为类地球生命的唯一潜在栖息地。(一些研究人员认为,火星地下有相当大的机会支撑微生物的生存。)

许多关于使火星表面变得更友好的讨论都集中在将火星大气层恢复到昔日的辉煌上,例如通过蒸发大量的水冰和冷冻二氧化碳来增强它。但正如上面提到的华兹华斯所说,这种“地球化”的努力将是非常困难、昂贵和耗时的。

他和他的同事可能已经找到了另一条路。华兹华斯说,他们的灵感来自火星两极的二氧化碳冰帽中的黑点。这些斑点被认为是“固态温室效应”的结果,即阳光被半透明的雪和冰的内部吸收并加热,使这些东西融化。

华兹华斯和他的团队开始使用硅气凝胶来达到类似的效果,硅气凝胶由连接到纳米级网络的硅团簇组成。这种材料的体积空气含量超过97%,在地球上和地球以外广泛用作绝缘体。例如,二氧化硅气凝胶是被动加热建筑物的常见特征,在寒冷的红色星球之夜,薄薄的一层硅气凝胶有助于保持NASA的”精神”号和”机遇”号火星探测器的温暖。

研究人员在实验室将硅气凝胶置于火星条件下,用到达红行星表面的相同数量的太阳能撞击这种物质。他们发现,只有2到3厘米厚的气凝胶层可以将地下的温度提高90华氏度(50摄氏度)。这足以融化地下冰,并保持融化,使其在火星上全年融化至数米深。研究小组成员说,二氧化硅气凝胶会阻挡紫外线,因此它们也可以保护其周围的任何物质免受有害辐射。

气凝胶可以直接放在行星表面,像瓷砖一样铺上红色的泥土。华兹华斯说,也可以用来建造温室,种植粮食作物和其他植物。

火星移民,如何使火星一块块的变为宜居地

假象的未来火星基地

华兹华斯称“将它扩散到更大的区域将使固态温室效应更有效,因为从侧面排放的热量比例会减少,但你仍然可以在温室中大幅升温。无论是将气凝胶层放置在行星表面还是上方,都不会对效果的基本物理性质产生很大影响。”

研究人员说,这种策略很可能被应用于火星的广大区域。在北纬45度到南纬45度之间的任何地方,几乎任何地方都能获得足够的阳光来产生大量的变暖。在这个巨大的中纬度带内有很多区域,在这个巨大的中纬度带内,有许多地区拥有丰富的近地表水冰和可靠的风(吹掉阻挡气凝胶上的灰尘)。

华兹华斯强调,今天(7月15日)发表在《自然天文学》杂志网上的这项新研究只是第一步。如果一切按计划进行,第二步将涉及在火星模拟区(如北极或智利的阿塔卡马沙漠)测试气凝胶技术。

即使这样的实地试验进展顺利,也将面临更多的挑战。例如,一项任务究竟如何在火星上部署二氧化硅气凝胶?这些东西是否会从地球运输(由于二氧化硅气凝胶非常轻且可商业化,因此不会非常昂贵)或在当地采集可用的材料制造? 华兹华斯和他的团队没有解决这些工程问题。

还有重要的道德考虑因素。例如,人类是否应该将地球生物带到另一颗星球,特别是过去可能有自己的生物圈的星球上,甚至今天也可能有这样一个生物圈的星球上,到底对不对?

研究人员和任务规划人员多年来一直在讨论这类行星保护问题。而这场对话只会随着把宇航员及其数以万亿计的搭便车微生物放在火星表面的探索而变得更加激烈。

华兹华斯说,气凝胶的想法应该比行星范围内的地球化努力争议更少。“我认为采用本地和可扩展方法的优势,而不是全球改变气氛,是你可以事先仔细研究你计划尝试这个区域,而且它是可逆的。”

本文源自 space ,由米粮仓 艾米 基于创作共用协议(CC BY-NC)发布。

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