科学家提出改造火星的新方法：像铺瓷砖一样一块一块来

上世纪70年代，美国宇航局维京号任务从轨道上拍摄的火星。(图片：美国航天局/喷气推进实验室)

想要把火星改造成一个宜居的世界，其实并不需要在整个火星范围内大费周章。

一项新的研究表明，人类可以通过在火星表面或火星表面上方放置多层薄层硅胶，以相对廉价和高效的方式让火星上的多个小块区域变得适宜居住。这种绝缘气凝胶将可以把火星地面温度提高到足以融化水冰，还能阻挡有害紫外线(UV)辐射的影响，有可能创造出一种使植物和其他光合生物能够茁壮成长的环境。

研究小组成员说，我们可以在相对不久的未来里开始这样做。

研究报告的主要撰写人、哈佛大学环境科学与工程副教授罗宾·华兹华斯(Robin Wordsworth)在接受采访时说：“我们想要考虑的是在几十年的时间跨度内就能实现的目标，而不是在几百年后才能实现的目标，或者是可能永远都无法实现的目标(这得取决于人类的能力)。”

远古时期的火星表面非常适宜居住，那时候的火星表面有湖泊、河流甚至大海。但在大约40亿年前，火星失去了全球磁场之后，情况发生了巨大的变化。

来自太阳的带电粒子开始剥离火星一度非常浓密的大气层，最终将其削弱成一片无法保持大量热量或阻挡紫外线辐射的薄薄一层。结果造成火星地表变得极其寒冷和干燥，火星地下含水层变成了类地生命在火星的唯一潜在栖息地。(一些研究人员确实也认为，现在火星的地下很有可能存在着微生物。)

许多关于使火星表面变得更宜居的讨论都集中在恢复火星大气层这一方面——例如，通过蒸发大量的水冰和冻结的二氧化碳来增厚火星大气。但是，正如华兹华斯上面提到的那样，这种“改造”将会极其困难、昂贵和耗时。

他和他的同事们可能已经找到了另一种方法。华兹华斯说，他们的灵感来自对火星两极二氧化碳冰冠黑点的观察。这些斑点被认为是“固态温室效应”的结果——阳光穿过了半透明的雪和冰，使得冰雪的内部变暖并融化

华兹华斯和他的团队于是着手使用二氧化硅气凝胶去达到类似的效果，这种气凝胶是由二氧化硅团簇在纳米尺度上连接成网络构成的。这种材料体积的97%以上都是空气，因此在地球和太空任务上，这种材料都被广泛用作为绝缘体。例如，硅气凝胶是被动加热建筑物的常用材料，NASA的勇气号和机遇号火星探测器也依靠薄薄的一层硅气凝胶在寒冷的火星夜晚保持温暖。

研究人员在实验室中将二氧化硅气凝胶置于模拟火星环境中，并用与到达火星表面太阳能等量的太阳能照射这些材料。他们发现，仅仅0.8英寸到1.2英寸厚(2到3厘米)的气凝胶层就能使其下的地面温度升高90华氏度(50摄氏度)。这足以融化火星地表下的冰，并使其保持处于融化状态，在一年后甚至可以融化到几米深。研究小组成员说，二氧化硅气凝胶还可以阻挡紫外线，所以它们也可以保护它们下面的任何东西免受有害辐射的影响。

气凝胶可以直接放置在火星表面，像铺瓷砖一样铺在火星上。华兹华斯说，它也可以用来建造用于种植粮食作物和其他植物的温室。

华兹华斯通过电子邮件说：“将这种做法扩散到更大的区域将会使固态温室效应更加有效，因为从两侧排放的热量比例会变得更少，但温室内仍然会出现明显的变暖。无论你把这一层气凝胶放在火星表面上还是上方，都不会对这种效应的基本物理性质产生巨大影响。”

研究人员表示，这一策略可以在火星的大片区域上得到应用。几乎在北纬45度到南纬45度之间的任何地方都有足够的阳光来产生明显的变暖，而在这个巨大的中纬度带中，有许多地区拥有丰富的近地表水冰和规律的季风(季风可以吹走气凝胶上遮挡阳光的灰尘)。

华兹华斯强调，7月15日发表在《自然天文学》杂志网络版上的这项新研究只是第一步。如果一切按计划进行的话，第2步将包括在类似火星的地方测试这种气凝胶技术，比如北极或者智利的阿塔卡马沙漠。

即使这样的实地试验进展顺利，这个想法也会面临额外的挑战。例如，一个任务究竟应该如何在火星上部署二氧化硅气凝胶?这些材料是从地球运输过去(二氧化硅气凝胶非常轻，而且在商业市场上轻易买到，所以这并不贵)，还是用当地可获得的材料在火星上制造出来呢?

华兹华斯和他的团队并没有解决这样的工程问题。但是，他说，团队目前还没有看到任何阻碍。

此外，这个方案还牵涉到一些重要的伦理考虑。例如，人类是否应该把地球上的生物带到另一个星球上呢?特别是这样一个过去可能、甚至今天仍然可能有着自己生物圈的星球?

研究人员和任务策划者多年来一直都在争论这样的行星保护问题。随着宇航员和他们顺便带上的数以万亿个微生物即将要被送到火星表面，这个话题只会变得更加受关注。

华兹华斯说，这个气凝胶想法应该会比在全火星范围内改造火星的方法受到更少争议。

他在接受采访时表示：“我认为和在全火星范围内改造大气层相比，采用这种局部和可扩展的方法优势在于你可以事先仔细研究准备尝试这种方法的地区，而且它是可逆的。”

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