科學:火星探索專題記錄,火星殖民地探險2033

2020-12-17 銀河系未解之謎

太空旅行是邁向太空殖民的第一步,儘管太空旅行在上個世紀取得了非凡的進步,但是直到1969年7月,人類才首次在月球上行走,而到現在才過去僅五十年時間,後來計劃將第一批人類,送往不那麼遙遠的地方-火星

根據美國宇航局的計劃,人類到2033年之前將到達火星,之前已經執行了幾次任務,美國已成功登陸火星

在這個星球上人類的傑出研究與探索將會不同,儘管人類降落在火星上令人興奮, 但是我們在探索這個行星鄰居時遇到了許多問題

第一個問題:液態水

從持久的沙塵暴到極高的輻射水平再到食物供應和整體健康,太空人將克服巨大的障礙,更不用說漫長的旅程

來看看太空人面臨的最具挑戰性的障礙:旅途中即將面對的可能是一個火山極度活躍的火星一項新研究表明,火星上的火山可能非常活躍,但沒人見過,過去的證據是,火星上是一個溫暖多溼的地方,現在的火星上仍然有大量的水,主要是蒸氣和冰

但在2018年八月發表的一項研究稱,來自火星軌道飛行器雷達數據顯示,在南極有一個20公裡寬的液態水湖,這項研究只是顯示存在液態水,並提出了壓力和鹽分可以使湖不結冰的建議

亞利桑那州大學月球和行星實驗室的傑克·霍爾特教授稱,有關火星上水的辯論已經進行了很長時間,我們已經確認有水存在,但現在的辯論主題是多少?位置?形式如何,這關乎我們在執行火星任務時,是否可以以某種方式使用它,這關乎在其他世界上生命如何生存進化

亞利桑那大學月球和行星實驗室的阿里·布拉姆森(Bramson)稱,我們認為如果有生命,必須保護地下的任何生命免受輻射,火星今天仍然有活躍的巖漿作用,也許在最近的過去它們更普遍,這可能為液態水和火星生命提供了更有利的環境

地球和火星上都有巨大的極地冰蓋,這是液體的共同現象,也許存留的冰蓋下存在水,在火山活動活躍下產生的熱量防止了地下水凍結

2018年科學家繪製了火星冰蓋以及在他們下面的液態水分布圖,但沒有回答水如何到達那裡的問題,因此還有很多空間可以弄清是否是真實的液態水

首先,您需要什麼樣的環境才能融冰? 需要哪些地質過程?

因為在正常情況下太冷了,從布拉姆森開始,他們的研究基於在南極存在水是正確的假設下,為了弄清楚製造水需要哪些參數,他們必需對鹽和鹽含量進行建模,他們發現光有鹽本身還不夠,因為有了熱量流才會產生水,所以他們建議增加熱量,而來自行星內部唯一明顯的熱源是巖漿

第二個問題:種植食物

在火星上一項非常艱巨的任務,實際上是太空人缺乏食物並需要種植食物

這需要土壤中含有高氯酸鹽,而高氯酸鹽是需要在任何植物可以生長之前存在的,除去火星土壤缺乏高氯酸鹽,它還比地球上的塵土滲透要快得多,肥料可以快速增加養分,例如氮,也許還會改變土壤的質地,所以它會讓水保持更長的時間

美國火星沙漠研究站的機組人員科洛夫(Sokolov)稱,土壤雖然從大氣中獲取了氮,但將氮固定在土壤上是很難的,我們地球上土壤中的大量氮是通過存在於根部的細菌固定在土壤中的。

從長遠來看,豆科植物等各種植物告訴我們,一種將氮固定在土壤上的方法,那就是稱為滲濾液的討厭的化學物質,必須對其進行化學去除,植物才能在那裡生長

火星是地球的重力的三分之一,但實驗表明有些植物可以在國際空間的微重力下相對正常地生長,《一等獎》雜誌2014年的一項研究顯示:番茄,水芹和芥末葉的組合就特別好,甚至在模擬的火星土壤中開花並生產了50天的種子,實際上,這些植物在火星土壤或在營養不良的土壤中沒有任何問題

科學家必須權衡取捨,帶什麼植物到火星,農作物的營養密度,生長所需的資源以及發芽時間,科學家可能會在國際空間站上種植萵苣,但人類不能單靠生菜生活

索科洛夫說,建議種植蘿蔔和草莓等更好的農作物,他說在火星農業項目開始之前需模擬火星的生長環境條件,人類需要更多地了解植物如何生長,沙漠研究站的科學家們,已經在模擬的火星土壤中種植了大麥和啤酒花

圭爾夫大學和加拿大的研究人員正在低壓或高壓艙模擬火星的稀薄大氣,小組將植物暴露於各種惡劣條件下,包括不同水平的二氧化碳壓力,熱光和溼度,看植物是否足夠堅硬,是否可以在火星外的環境中生存

索科洛夫說,我們應該讓火星更像地球,雖然人們認為這在理論上是可以的,但要使稀薄的火星大氣變質,轉變成富氧的大氣要過數百年,探險者需要在火星土壤上播種生產藍藻地衣和微生物,讓他們產生足夠的氧氣和氮氣,需要數百年的時間

當微生物忙於創造一個大氣層,太陽風將不斷吹走大氣層,因為火星缺少磁層,磁場無法保護行星免受太陽輻射,人們還不知道如何讓輻射消散

人們有可能利用溫室氣體來量身定製一種會散發熱量的氣侯,但是火星比地球離太陽的距離更遠,所以它可能比我們的星球還要冷,火星的冬天會達到-133攝氏度,

第三個問題:大氣層

火星大氣層不適合人類,人類在這裡生活和工作,需要穿上和月球上行走的太空人所穿的一樣的衣服,在阿波羅計劃期間,火星服必須足夠靈活,以允許太空人使用繁瑣的建築材料和複雜的機械,同時使它們免受惡劣環境的影響

火星的表面相當於25公裡處的地球大氣層,即使那裡有足夠的氣壓,空氣也是如此稀薄,以至於無法呼吸,二氧化碳太多,氧氣太少

軌道器紅外熱像儀表明最溫暖的溫度可能是81度,最冷-143度,維京號著陸器的測量值範圍為-17.2攝氏度至-107攝氏度

第四個問題:火星登陸

華盛頓國家航空航天局總部的科學任務部在一份聲明中說,登陸火星很難,這需要技巧和大量的精力,毫無疑問,火星登陸將是一次性的,考慮到飛船撞擊火星大氣層的速度,飛船需要在很短的時間內減速到足以降落的速度

當NASA的洞察力降落在火星上時,太空飛行器以驚人的速度進入火星大氣層,當它從大氣層下降時,時速為一萬二千300英裡,它必須減速到每小時僅五英裡才能降落表面上,減速發生的時間不到7分鐘,這7分鐘被工程師和科學家稱為恐怖的7分鐘,洞察力配備了降落傘和著陸腿,有12個幫助降低速度的引擎,這些引擎被預先編程,如果出了什麼問題,NASA工程師無法更改他們,甚至無法追蹤

在現實生活中的太空探索,公眾不願意花數十億美元,只為能讓太空人在另一個世界滯留一會,在NASA的「紅色星球」計劃中,最關鍵的部分是離開,美國宇航局為完成這項工作,建造了太空飛行器,將在完成滿載時,把車輛拉回來,這代表了艱巨的工程挑戰,該車輛需要在太空人到達之前的幾年,預先組裝並發送到「紅色星球」

擁擠的運輸車需要太空人操縱與飛船會合,之後的幾天中,只有一次機會最終將他們帶回,火星登陸車被射入軌道上的一架載人太空梭,前往火星可能需要多達五個單獨的太空飛行器,來運送太空人和將他們的貨物,運過去,然後再返回

目前,我們發送到火星表面的最重的物體,是一噸重的好奇號火星車,真正的運輸不像好奇號那樣依靠膠囊將其降落,火星上的物體是重達幾噸的物體,它會讓你筋疲力盡

第五個問題:動力和燃料

從火星表面起飛,需要分解33噸推進劑,以擺脫火星的引力,安全地運送太空人和他們的科學貨物進入軌道,這實在太多了,因此NASA正在開發超高聲速充氣空氣動力學等技術

太空人需要在陸地上生活,在火星上製造燃料,NASA可以將初始載荷削減到幾噸質量,並且在第一個任務結束後,設備可以留在火星上充當基礎設施,不僅可以處理燃料,還有水和空氣,供未來的勘探者使用

在火星表面降落,需要一個減速器將速度減速到需要的速度,減速器是一個巨大的錐形「可充氣隔熱罩」,可充當剎車系統,在進入火星後盾牌會展開,將著陸器的速度從超高音速降低到超音速,到那時火箭發動機將開始控制著陸,使其速度工作到著陸需要的速度

火箭發動機將由甲烷和液態氧提供動力,從理論上看,火星大氣中二氧化碳含量為95%,可以提取氧氣,埋在表面下的凍結水,碳和氫將結合起來生產液態甲烷水

第六個問題:不確定因素

不確定性因素要比僅僅從火星獲取大氣要複雜得多,科學家說:「你要降落在肯定有水的地方,事實證明你卻降落在基巖之上。

無論是在太空中飛行,還是在太空中繁殖,圍繞空間旋轉的未知因素眾多,畢竟所有的高科技專家希望我們成為多行星文明的人,那麼太空飛行如何影響繁殖,到目前為止的結果是喜憂參半

名為「火星」的私人基金會,計劃派遣4名工作人員在2025年之前到紅色星球殖民,工程師擔心,花200至350天將人員送往火星,花兩年的時間來製造燃料,然後可以持續探索長達500天,這意味著必須保持作戰並準備起飛的狀態

最初登陸的火星車多年後一直坐在火星上,它坐在塵土中,強烈的紫外線輻射,就像您露臺上的家具在外面呆了這麼長時間後會如何?

比那裡得到更多保護的地方還是地球,您怎麼認為?請在下方關注評論,還可以查看其他有趣的內容

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