一層薄薄的氣凝膠,讓人類在火星上居住極有希望成為可能

長久以來,人們一直夢想著改變火星的氣候,使其適合人類居住。

一層薄薄的氣凝膠,讓人類在火星上居住極有希望成為可能

卡爾 莎根

卡爾·薩根是第一個在科幻小說領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,北極冰蓋的蒸發將可能產生火星大氣層,形成溫室效應導致氣溫升高,液態水存在的可能性大大增加。

薩根的工作啟發瞭其他研究人員和未來學傢認真對待火星地球化改造的想法。

關鍵的問題是:火星上是否有足夠的溫室氣體和水來將其大氣壓力提高到類似地球的水平?

2018年,由美國宇航局資助的科羅拉多大學、博爾德大學和北亞利桑那大學的研究人員發現,火星上所有可用的資源隻會將大氣壓力增加到地球的7%左右,遠遠低於使火星適宜居住所需要的壓力。

一層薄薄的氣凝膠,讓人類在火星上居住極有希望成為可能

火星變成地球似乎是一個無法實現的夢想。

現在,來自哈佛大學、美國宇航局噴氣推進實驗室和愛丁堡大學的研究人員有瞭一個新想法。與其試圖改變整個星球,不如采取區域性改造的方法呢?

研究人員認為,火星表面的某些區域可以用一種類似地球大氣溫室效應的物質,二氧化矽氣凝膠,來居住。通過建模和實驗,研究人員表明,一個兩到三厘米厚的二氧化矽氣凝膠可以傳遞足夠的可見光進行光合作用,阻止有害的紫外線輻射,並提高溫度永久保持在水的熔點以上,不需要任何內部熱源。

這篇論文發表在《Nature Astronomy》上。

一層薄薄的氣凝膠,讓人類在火星上居住極有希望成為可能

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域性方法比全球大氣改造更容易實現,是一種可以利用我們已有的材料和技術進行系統開發和測試的東西。

太陽系中,除瞭地球,火星是最適合居住的行星。但對許多物種來說,這仍然是一個充滿敵意的世界。一個創造適合居住小島的系統將允許我們以可控和可擴展的方式改造火星。

不像地球上的極地冰帽是由冰凍的水構成的,火星上的極地冰帽是水冰和冰凍二氧化碳的結合體。就像它的氣態形式一樣,凍結的二氧化碳在吸收熱量的同時允許陽光穿透。在夏天,這種固態的溫室效應會在冰層下產生小塊的升溫。

固態溫室效應,什麼樣的材料可以將導熱系數降到最低,同時又能傳輸盡可能多的光?

研究人員聚焦在二氧化矽氣凝膠上,這是有史以來最絕緣的材料之一。

二氧化矽氣凝膠有97%的多孔性,這意味著光可以穿過材料,但二氧化矽紅外輻射的納米層相互連接,大大減緩瞭熱量的傳導。如今,這些氣凝膠已被用於多種工程應用上,包括美國宇航局的火星探測漫遊者。

一層薄薄的氣凝膠,讓人類在火星上居住極有希望成為可能

論文圖片

圖:一層薄薄的半透明的低導熱材料可以傳輸可見光,但阻擋紫外線和紅外線,直接復制地球大氣的輻射效應。由於熱擴散,地下可居住區域的深度隨時間而增加。Tav是平均表面溫度。

二氧化矽氣凝膠是一種很有前途的材料,因為它的作用是被動的,可在很長一段時間內,保持一個區域的溫暖而不需要大量的能量或移動部件的維護。

通過模擬火星表面的模型和實驗,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的平均溫度提高到與地球相似的溫度。在一個足夠大的區域裡,你不需要任何其他的技術,你隻需要在表面和下面覆蓋一層這樣的物質,你就會有永久的液態水。

這種材料可以用來在火星上建造居住穹頂甚至自給自足的生物圈。

接下來,研究小組的目標是在地球上類似火星的氣候條件下測試這種材料,比如南極洲或智利的幹谷。

但重要的一點,任何有關讓火星適合人類和地球生命居住的討論,都提出瞭有關行星保護的重要哲學和倫理問題。如果你要在火星表面創造生命,你確定那裡已經沒有生命瞭嗎? 一旦我們決定讓人類登上火星,這些問題就不可避免。

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

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