長(zhǎng)久以來(lái)，人們一直夢(mèng)想著改變火星的氣候，使其適合人類居住。
卡爾 莎根
卡爾·薩根是第一個(gè)在科幻小說(shuō)領(lǐng)域之外提出改造火星的人。薩根在1971年的論文《火星上的行星工程》指出，北極冰蓋的蒸發(fā)將可能產(chǎn)生火星大氣層，形成溫室效應(yīng)導(dǎo)致氣溫升高，液態(tài)水存在的可能性大大增加。
薩根的工作啟發(fā)了其他研究人員和未來(lái)學(xué)家認(rèn)真對(duì)待火星地球化改造的想法。
關(guān)鍵的問(wèn)題是:火星上是否有足夠的溫室氣體和水來(lái)將其大氣壓力提高到類似地球的水平?
2018年，由美國(guó)宇航局資助的科羅拉多大學(xué)、博爾德大學(xué)和北亞利桑那大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，火星上所有可用的資源只會(huì)將大氣壓力增加到地球的7%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使火星適宜居住所需要的壓力。
火星變成地球似乎是一個(gè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想。
現(xiàn)在，來(lái)自哈佛大學(xué)、美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和愛(ài)丁堡大學(xué)的研究人員有了一個(gè)新想法。與其試圖改變整個(gè)星球，不如采取區(qū)域性改造的方法呢?
研究人員認(rèn)為，火星表面的某些區(qū)域可以用一種類似地球大氣溫室效應(yīng)的物質(zhì)，二氧化硅氣凝膠，來(lái)居住。通過(guò)建模和實(shí)驗(yàn)，研究人員表明，一個(gè)兩到三厘米厚的二氧化硅氣凝膠可以傳遞足夠的可見(jiàn)光進(jìn)行光合作用，阻止有害的紫外線輻射，并提高溫度永久保持在水的熔點(diǎn)以上，不需要任何內(nèi)部熱源。
這篇論文發(fā)表在《Nature Astronomy》上。
與之前讓火星適宜居住的想法不同，這種使火星適宜居住的區(qū)域性方法比全球大氣改造更容易實(shí)現(xiàn)，是一種可以利用我們已有的材料和技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和測(cè)試的東西。
太陽(yáng)系中，除了地球，火星是最適合居住的行星。但對(duì)許多物種來(lái)說(shuō)，這仍然是一個(gè)充滿敵意的世界。一個(gè)創(chuàng)造適合居住小島的系統(tǒng)將允許我們以可控和可擴(kuò)展的方式改造火星。
不像地球上的極地冰帽是由冰凍的水構(gòu)成的，火星上的極地冰帽是水冰和冰凍二氧化碳的結(jié)合體。就像它的氣態(tài)形式一樣，凍結(jié)的二氧化碳在吸收熱量的同時(shí)允許陽(yáng)光穿透。在夏天，這種固態(tài)的溫室效應(yīng)會(huì)在冰層下產(chǎn)生小塊的升溫。
固態(tài)溫室效應(yīng)，什么樣的材料可以將導(dǎo)熱系數(shù)降到最低，同時(shí)又能傳輸盡可能多的光？
研究人員聚焦在二氧化硅氣凝膠上，這是有史以來(lái)最絕緣的材料之一。
二氧化硅氣凝膠有97%的多孔性，這意味著光可以穿過(guò)材料，但二氧化硅紅外輻射的納米層相互連接，大大減緩了熱量的傳導(dǎo)。如今，這些氣凝膠已被用于多種工程應(yīng)用上，包括美國(guó)宇航局的火星探測(cè)漫游者。
論文圖片
圖：一層薄薄的半透明的低導(dǎo)熱材料可以傳輸可見(jiàn)光，但阻擋紫外線和紅外線，直接復(fù)制地球大氣的輻射效應(yīng)。由于熱擴(kuò)散，地下可居住區(qū)域的深度隨時(shí)間而增加。Tav是平均表面溫度。
二氧化硅氣凝膠是一種很有前途的材料，因?yàn)樗淖饔檬潜粍?dòng)的，可在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，保持一個(gè)區(qū)域的溫暖而不需要大量的能量或移動(dòng)部件的維護(hù)。
通過(guò)模擬火星表面的模型和實(shí)驗(yàn)，研究人員證明，薄薄的一層這種材料可以將火星中緯度地區(qū)的平均溫度提高到與地球相似的溫度。在一個(gè)足夠大的區(qū)域里，你不需要任何其他的技術(shù)，你只需要在表面和下面覆蓋一層這樣的物質(zhì)，你就會(huì)有永久的液態(tài)水。
這種材料可以用來(lái)在火星上建造居住穹頂甚至自給自足的生物圈。
接下來(lái)，研究小組的目標(biāo)是在地球上類似火星的氣候條件下測(cè)試這種材料，比如南極洲或智利的干谷。
但重要的一點(diǎn)，任何有關(guān)讓火星適合人類和地球生命居住的討論，都提出了有關(guān)行星保護(hù)的重要哲學(xué)和倫理問(wèn)題。如果你要在火星表面創(chuàng)造生命，你確定那里已經(jīng)沒(méi)有生命了嗎? 一旦我們決定讓人類登上火星，這些問(wèn)題就不可避免。
參考資料：
1. 百度百科
2. A material way to make Mars habitable
3. Enabling Martian habitability with silica aerogel via the solid-state greenhouse effect
4. Silica aerogel could warm the Martian surface similar to the way greenhouse gasses keep Earth warm
