1971年天文學(xué)家卡爾薩根提出“行星工程學(xué)”概念，具體地說，就是融化火星極地水冰，從而創(chuàng)造出更溫和的環(huán)境。2018年，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)即使將火星上的所有可用資源進(jìn)行處理，也只能讓大氣壓達(dá)到地球的7%左右。現(xiàn)在，科學(xué)家又提出一個(gè)新想法，利用二氧化硅氣凝膠模擬地球大氣的溫室效應(yīng)，進(jìn)而對(duì)火星表面的特定區(qū)域進(jìn)行改造。
科學(xué)家建議利用二氧化硅氣凝膠模擬地球大氣的溫室效應(yīng)，對(duì)火星表面的特定區(qū)域進(jìn)行改造“行星工程學(xué)”
長久以來，人類便夢(mèng)想著改造火星氣候，讓它變成一顆適合人類居住的星球。天文學(xué)家卡爾薩根是第一個(gè)認(rèn)真提出對(duì)火星進(jìn)行地球化改造的人。他在1971年的一篇論文中指出，蒸發(fā)火星北極冰蓋能夠產(chǎn)生海量氣體，通過溫室效應(yīng)提高火星的全球溫度，進(jìn)而提高讓水保持液態(tài)的可能性。薩根的論文促使其他科學(xué)家和未來學(xué)家認(rèn)真對(duì)待火星地球化改造的相關(guān)想法。
關(guān)鍵的問題是，火星上是否存在足夠的溫室氣體和水，能夠讓大氣壓提高到與地球相當(dāng)?shù)乃剑?018年，由美國宇航局資助的科羅拉多大學(xué)波爾得分校和北亞利桑那州大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，即使竭盡火星上所有的可用資源，也只能讓其大氣壓達(dá)到地球的7%左右。換句話說，通過這種方式將火星改造成宜居星球無異于癡人說夢(mèng)。
二氧化硅氣凝膠
現(xiàn)在，哈佛大學(xué)、宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和愛丁堡大學(xué)的科學(xué)家提出了一個(gè)新想法：我們沒有必要對(duì)整個(gè)火星進(jìn)行地球化改造，可以嘗試局部地區(qū)性改造。研究人員建議利用二氧化硅氣凝膠模擬地球大氣的溫室效應(yīng)，對(duì)火星表面的特定區(qū)域進(jìn)行改造。
通過建模和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)一個(gè)兩到三厘米厚的二氧化硅氣凝膠層能夠傳輸足夠的可見光，用于光合作用，同時(shí)阻擋有害的紫外輻射，并讓氣凝膠層下方的溫度始終高于水的融點(diǎn)。所有這些過程均無需任何內(nèi)部熱源的參與。研究論文刊登在《自然·天文學(xué)》雜志上。
哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的環(huán)境學(xué)與工程學(xué)兼地球與行星科學(xué)系助理教授羅賓·沃德斯沃斯表示：“局部改造要比改造全球大氣更容易實(shí)現(xiàn)。與此前提出的將火星變成宜居星球的想法不同，這種方式可以借助相關(guān)材料以及我們已經(jīng)掌握的技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性研發(fā)和測(cè)試。”
美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家勞拉·科博爾指出：“火星是太陽系內(nèi)除地球外最適于居住的行星。但對(duì)于很多生命來說，它仍舊是一個(gè)充滿敵意的世界。一個(gè)能創(chuàng)造出宜居小島的系統(tǒng)將允許我們用一種可控、可擴(kuò)展的方式對(duì)火星進(jìn)行改造?！?/p>
火星極地冰蓋由水冰和凍結(jié)的二氧化碳構(gòu)成。與氣態(tài)二氧化碳一樣，固態(tài)二氧化碳也允許陽光穿過并捕獲熱量。夏季，這種固態(tài)溫室效應(yīng)能夠在冰下形成“升溫袋”，也就是圖片中的黑點(diǎn)與地球的極地冰蓋（由凍結(jié)的水構(gòu)成）不同，火星極地冰蓋由水冰和凍結(jié)的二氧化碳構(gòu)成。與氣態(tài)二氧化碳一樣，固態(tài)二氧化碳也允許陽光通過并可以捕獲熱量。夏季，這種固態(tài)溫室效應(yīng)能夠在冰下形成“升溫袋”。這種現(xiàn)象無疑啟發(fā)了科學(xué)家們。
沃德斯沃斯表示：“我們開始關(guān)注這種固態(tài)溫室效應(yīng)，并且在未來如何利用它來使火星變得適合人類居住。我們開始研究哪些材料能夠?qū)?dǎo)熱系數(shù)降至最低，同時(shí)仍能傳輸盡量多的光線。”最終，研究人員將目光鎖定在二氧化硅氣凝膠，它是科學(xué)家研發(fā)的最隔熱的材料之一。
二氧化硅氣凝膠97%都是多孔疏松結(jié)構(gòu)，這意味著光線能夠穿過這種材料，但相互連接的二氧化硅納米層可以反射輻射，同時(shí)大幅減緩熱傳導(dǎo)。這種氣凝膠在工程學(xué)領(lǐng)域有很多應(yīng)用，比如美國宇航局的火星勘測(cè)漫游者?？撇柋硎荆骸坝捎谶@種效應(yīng)是被動(dòng)的，二氧化硅氣凝膠是一種具有探索前景的材料。它不需要大量的能量和對(duì)移動(dòng)部件的養(yǎng)護(hù)，便可在長期內(nèi)為一個(gè)區(qū)域保溫?！?/p>
利用相關(guān)模型和實(shí)驗(yàn)?zāi)M火星地表，研究人員證明一層薄薄的二氧化硅氣凝膠便可讓火星中緯度地區(qū)的平均溫度與地球相當(dāng)。沃德斯沃斯說：“在一個(gè)面積足夠大的區(qū)域的地表和地下放置一層二氧化硅氣凝膠，無需任何其它技術(shù)或者物理學(xué)手段，你便可獲得永久性液態(tài)水?！?/p>
二氧化硅氣凝膠可用于在火星上建造棲息地，甚至于可以建造完全獨(dú)立的生物圈。沃德斯沃斯說：“使用這種材料會(huì)帶來一系列有趣的工程學(xué)問題?！苯酉聛恚芯啃〗M將在地球上與火星氣候類似的地區(qū)測(cè)試這種材料，例如南極洲或者智利的干旱山谷。
沃德斯沃斯指出有關(guān)火星地球化改造的任何討論都會(huì)引發(fā)重要的哲學(xué)問題以及與行星保護(hù)有關(guān)的倫理學(xué)問題?！叭绻覀兿胱屔诨鹦巧仙妫覀兪紫纫獯鹨粋€(gè)疑問，即火星上是否已經(jīng)存在生命？如果存在生命，我們應(yīng)如何應(yīng)對(duì)？在我們決定讓人類定居火星的那一刻起，這些問題就不可避免?！?/p>
