根據(jù)現(xiàn)有研究，除了地球之外，火星是太陽系中最適合居住的行星。但首先由于火星的表面太過于寒冷，導(dǎo)致水無法維持在液態(tài)，而液態(tài)水通常被認(rèn)為是已知生命可以生存的先決條件；另外，由于火星的大氣太過于單薄，無法抵御紫外線，會對生命構(gòu)成威脅。人類要想能夠在火星生存下來，還是一件非常困難的事。

　　20世紀(jì)70年代由美國宇航局的維京任務(wù)從軌道上看到的火星。（圖片來源：NASA / JPL）

　　卡爾·薩根在1971年的一篇論文中，就第一個提出了將火星變成地球，或者將火星變成一個適宜人類居住的地方的可行設(shè)想。他指出，在火星的北極，夏季殘余的霜凍厚度約為1公里，如果它們?nèi)空舭l(fā)掉，那么釋放到大氣中的水蒸氣和二氧化碳就可能會產(chǎn)生溫室效應(yīng)，將火星表面的溫度升高到液態(tài)水足以存在的程度。

　　一些研究人員和未來學(xué)家受到薩根的啟發(fā)，他們開始認(rèn)真思考星球改造的想法。其關(guān)鍵的問題是：火星上是否擁有足夠的溫室氣體和水，可以將火星的大氣壓強(qiáng)提高到與地球相當(dāng)?shù)乃剑咳欢?018年，一隊美國宇航局資助的科羅拉多大學(xué)，博爾德分校和北亞利桑那大學(xué)的研究人員在《自然天文》期刊上發(fā)表了一項研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即便將火星上所有可用的資源都進(jìn)行處理，也只能將火星的大氣壓強(qiáng)提高到地球水平的7%左右，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于適宜人類居住所需要的壓力。

　　現(xiàn)在，來自哈佛大學(xué)、NASA噴氣推進(jìn)實驗室和愛丁堡大學(xué)的研究人員有了一個新的思路：與其試圖一次性改變整個火星，是否有可能先對火星進(jìn)行小范圍的改造。論文的第一作者羅賓 沃茲沃思表示，他們想要思考的是在十年的時間尺度上能實現(xiàn)的東西，而不是在未來幾個世紀(jì)才能實現(xiàn)，或者可能永遠(yuǎn)無法實現(xiàn)的東西?；鹦鞘堑厍蛞酝馓栂抵凶钸m宜居住的行星。一個用于創(chuàng)建可居住小島嶼的系統(tǒng)將使我們能夠以受控和可擴(kuò)展的方式改造火星。與以前使火星適合居住的想法不同，這是可以用我們已經(jīng)擁有的材料和技術(shù)系統(tǒng)地開發(fā)和測試的東西。

　　研究人員認(rèn)為，火星表面的某些區(qū)域可以通過利用一種名為二氧化硅氣凝膠的物質(zhì)而變得宜居，這種物質(zhì)可以模仿地球大氣中的溫室效應(yīng)。通過建模和實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)厚度為2~3厘米的二氧化硅氣凝膠就可以做到隔絕有害的紫外線輻射，讓足夠的可見光穿透使光合作用得以進(jìn)行，以及在無需任何內(nèi)部熱源的情況下，將二氧化硅氣凝膠之下的溫度永久地提高的水的熔點以上。

　　這種想法實際上是受到了一種火星上的現(xiàn)象的啟發(fā)?；鹦巧系谋w是由水冰和凍結(jié)的二氧化碳結(jié)合而成的，這與地球上由水冰構(gòu)成的冰蓋是不一樣的。與氣態(tài)的二氧化碳一樣，凍結(jié)的二氧化碳在讓陽光穿透時也會將熱量困住。在夏天，這種固態(tài)的溫室效應(yīng)會在冰層下導(dǎo)致小范圍的升溫。研究人員開始考慮這種固態(tài)的溫室效應(yīng)，并思考如何能利用它來創(chuàng)造未來火星上的宜居環(huán)境，開始思考什么樣的材料可以將導(dǎo)熱系數(shù)降到最低，同時又能傳輸盡可能多的光。

　　通過模擬火星表面的模型和實驗，研究人員證明，用一層薄薄的二氧化硅氣凝膠就可以使火星中緯度地區(qū)的平均溫度上升到等同于地球的水平。二氧化硅氣凝膠是已創(chuàng)造出的最絕緣的材料之一。二氧化硅氣凝膠具有97％的多孔性，意味著光穿過材料但是二氧化硅紅外輻射的互連納米層并且極大地減緩了熱傳導(dǎo)。二氧化硅氣凝膠是一種很有前途的材料，因為它的效果是被動的，它不需要大量的能源或維護(hù)運動部件，以保持區(qū)域長時間保持溫暖。

　　他們表示，分布在一個足夠大的區(qū)域，不需要任何其他技術(shù)或物理，只需要在表面上有一層這樣的東西，就會有永久的液態(tài)水。這些氣凝膠目前用于多種工程應(yīng)用，包括美國宇航局的火星探測流浪者。

　　這種材料可以用來在火星上建造可居住圓頂，甚至有可能建造出自給自足的生物圈。由此或許會產(chǎn)生一系列非常有趣的工程學(xué)問題。接下來，研究小組的目標(biāo)是在地球上，在類似火星氣候的條件下對這種材料進(jìn)行測試，比如在南極洲或智利的干谷。這種區(qū)域性的將火星變得宜居的方法比全球性的大氣改造更易實現(xiàn)。與之前將火星改造得宜居的想法不同，這是一種可以用我們已有的材料和技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性地開發(fā)和測試的東西。

　　一位工程師建議在一個小行星上建造一個屋頂，以使它保持和地球相似的環(huán)境。（圖片：Karl Tate, Infographics Artist）

　　當(dāng)然，研究人員也指出，任何與將火星改造得適合人類和地球生命居住有關(guān)的討論，都會衍生出重要的與行星保護(hù)相關(guān)的哲學(xué)和倫理問題。比如如果我們想要在火星表面生存，那么我們是否可以確定那里有沒有已經(jīng)存在的生命？如果有，我們?nèi)绾螒?yīng)對那些生命？一旦我們決定讓人類登上火星，這些就都將成為不可避免的問題。



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