一項新的研究表明,一層薄薄的二氧化矽氣凝膠就可以做到這一點。
將火星改造成一個對生命友好的世界並不一定要在整個星球上進行艱巨的努力。
一項新的研究表明,人類可以通過在火星表面或其上方放置薄薄的二氧化矽氣凝膠層,使這個紅色星球上的部分地區變得相對便宜和有效地適合居住。這種絕緣氣凝膠將使地面升溫到足以融化水冰的程度,並且還能阻擋有害的紫外線(UV)輻射,有可能創造出一個植物和其他光合生命可以蓬勃發展的環境。
而且我們將很快實施這個計劃,研究小組成員說。
"我們想考慮的是十年時間尺度上可以實現的東西,而不是未來幾個世紀的東西——或許永遠不會實現,這取決於人類的能力。"哈佛大學環境科學與工程副教授羅賓-沃茲沃斯說道。
火星表面在遠古時期非常適宜居住,有湖泊、河流,甚至有巨大的海洋。但在40億年前,火星失去全球磁場後,情況發生了巨大變化。
來自太陽的帶電粒子開始使火星曾經厚厚的大氣層剝落,最終將其還原成薄薄的一片,無法將大量的熱量或紫外線輻射擋在外面。地表因此變得極度寒冷和乾燥,留下的地下蓄水層或許是類地球生命唯一的潛在居所。一些研究人員確實認為火星地下有相當大的機會使微生物維持生命。
許多關於讓火星表面變得更適合居住的討論都集中在恢復大氣層的昔日榮光上。例如,通過汽化大量的水冰和冷凍的二氧化碳來加強大氣層。但正如沃茲沃斯所說,這種 "地球化 "的努力將是極其困難、昂貴和耗時的。
他和他的同事們可能找到了另一條道路。沃茲沃斯說,他們受到火星兩極二氧化碳冰蓋中黑斑的觀測啟發。這些斑點被認為是 "固態溫室效應 "的結果——陽光被吸收到半透明的冰雪內部,並使之變暖,從而使冰雪融化。
沃茲沃斯和他的團隊開始用二氧化矽氣凝膠實現類似的效果,二氧化矽氣凝膠是由納米級的二氧化矽簇連接成網絡組成的。這種材料的體積超過97%的空氣,在地球內外被廣泛用作絕緣體。例如,二氧化矽氣凝膠是被動加熱建築物的常見特徵,薄薄的一層東西幫助美國宇航局的精神號和機遇號火星車在寒冷的紅色星球夜晚保持溫暖。
研究人員在實驗室中將二氧化矽氣凝膠置於火星條件下,用到達紅色星球表面的相同數量的太陽能照射該材料。他們發現,厚度僅為2至3釐米的氣凝膠層可以將其下方的地面溫度提升高達50攝氏度。這足以在火星上常年融化地下冰層,並使其保持融化狀態,達到數米的深度。而二氧化矽氣凝膠可以阻擋紫外線,所以它們也會屏蔽它們下面的任何東西,使其免受有害輻射,團隊成員說。
氣凝膠可以直接放置在星球表面,像瓷磚一樣鋪滿紅土。或者可以用來建造溫室,裡面可以容納糧食作物和其他植物,沃茲沃斯說。
"將它分散到更大的區域會使固態溫室效應更加有效,因為橫向排放的熱量比例會更小,但你仍然會在溫室中獲得實質性的升溫。無論你是將該層放在表面還是上面,都不會對基本的物理效應產生巨大影響。"
研究人員表示,這種策略很可能在火星的廣泛區域內採用。幾乎在北緯45度到南緯45度之間的任何地方都能獲得足夠的陽光,產生實質性的變暖。而在這一廣闊的中緯度帶內,有許多地區擁有豐富的近地表水冰和可靠的風(吹走氣凝膠上擋光的灰塵)。
沃茲沃斯強調,2019年發表在《自然天文學》雜誌上的這項新研究只是第一步。如果一切按計劃進行,第二步將涉及在火星上類似的地方測試氣凝膠技術,如北極或智利的阿塔卡馬沙漠。
即使這種實地試驗進展順利,也會有更多的挑戰需要解決。比如,矽氣凝膠究竟如何在火星上部署?是從地球上運輸這種東西(這不會很昂貴,因為二氧化矽氣凝膠非常輕,而且可以通過商業途徑獲得),還是在紅色星球上用當地可用的材料製造?
瓦茲沃斯和他的團隊還沒有解決這樣的工程問題。但他說,團隊目前沒有看到任何障礙。
此外,還有重要的倫理考慮。例如,人類將地球生命帶到另一個星球,尤其是一個過去可能有自己的生物圈——甚至今天可能有生物圈的星球,這樣做對嗎?
但研究人員和任務規劃人員多年來一直在爭論這樣的行星保護問題。而隨著將太空人和他們的數萬億個搭便車的微生物放在火星表面的探索,對話只會變得更加激烈,從科幻夢境到現實的邊緣。
韋茲沃斯說,氣凝膠的想法應該比整個星球的地球改造工作爭議更小。
"我認為採取局部和可擴展的方法,而不是在全球範圍內修改大氣層的優勢在於,你可以事先仔細研究你計劃嘗試的區域,"沃茲沃斯說," 而且它是可逆的。"