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        我從遠(yuǎn)古來(lái)

        2016-03-07 17:32:16
        中學(xué)科技 2016年2期
        關(guān)鍵詞:火星氧氣

        隨著電影《火星救援》的火熱上映,不僅是主角在絕境中不斷求生的意志和智慧讓人感動(dòng),而且他在火星上獨(dú)自生存500多天之久,也讓人們開(kāi)始重新思考移民火星的可行性。雖然,目前的火星,無(wú)論是環(huán)境溫度,還是水、氧氣和能源,都無(wú)法滿足人類(lèi)生存的需求,但它的確是人類(lèi)迄今為止發(fā)現(xiàn)的與地球?qū)傩宰顬榻咏男乔蛄?。隨著地球負(fù)荷的逐漸增大,環(huán)境和能源等問(wèn)題日趨嚴(yán)峻,科學(xué)家們不得不大開(kāi)腦洞,打起了火星的主意。

        “加熱”火星

        火星的名字雖然含有火,但它的地表平均溫度卻低于零下60攝氏度,完全不適宜地球生命的生存。因此,想移民火星,首先要提高它的溫度。

        受到地球上溫室效應(yīng)的啟發(fā),美國(guó)的科學(xué)家提出,目前“加熱”火星最穩(wěn)妥的方法是在火星上建造一些特殊的工廠,這些工廠的產(chǎn)品就是能引發(fā)溫室效應(yīng)的超級(jí)氣體,比如一種含有碳、氯和氟元素的混合氣體,這種氣體的溫室效應(yīng)比二氧化碳要強(qiáng)數(shù)千倍。只要將這些工廠建在火星表面的各個(gè)“戰(zhàn)略要點(diǎn)”上,很快就能把整個(gè)火星變得跟地球一樣溫暖。

        而特斯拉和SpaceX的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克則有更加瘋狂的想法。通過(guò)計(jì)算模擬,他提出在火星上引爆核彈頭,從而升高溫度。核彈在爆炸時(shí)將在可見(jiàn)光、紅外以及紫外波段釋放大量能量,引起強(qiáng)烈的爆炸閃光。其中熱量的釋放大約占到整個(gè)爆炸釋放能量的35%~45%。這就意味著核爆炸能夠在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生巨量的熱量,這一效應(yīng)可以被利用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)火星大氣的加熱。

        “火”中生水

        水是生命中不可缺少的因素,在《火星救援》中,主角是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)取水的,效率低而且危險(xiǎn)。

        實(shí)際上,火星雖然表面看上去是很干燥的沙漠星球,但2015年NASA(美國(guó)國(guó)家航空航天局)已經(jīng)公布了火星上有液態(tài)水存在的確鑿證據(jù)。另外,在火星的南極和北極附近的地表下,有大量的水冰,在中緯度地區(qū)還有大量的冰被埋在地下,甚至形成了厚厚的冰層帶。這些冰的體積達(dá)到1500億立方米。如果所有的冰液化,將形成一個(gè)遍布火星深達(dá)11米的海洋。如果能夠順利將火星加熱,火星上的這些冰也能融化,形成湖泊沼澤。

        而中國(guó)科學(xué)院的科學(xué)家們提出,經(jīng)常會(huì)有彗星墜落在火星,只要合理地改變彗星的軌道,讓它們落在合適的地方,也可以將火星上的水“撞擊”出來(lái)。

        除此之外,火星上的“水”其實(shí)是一種高濃度鹵水,含有高氯酸鹽,這種物質(zhì)會(huì)對(duì)人體造成致畸的作用,對(duì)人體或生命來(lái)說(shuō)是有害的。但在地球上,人類(lèi)已經(jīng)掌握了非常先進(jìn)的凈化水技術(shù),包括太空凈化水技術(shù)和海水淡化技術(shù)等,其中海水淡化技術(shù)包括反滲透法、低溫蒸餾、多級(jí)閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點(diǎn)蒸發(fā)、水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)產(chǎn)等,還有各種利用核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能的海水淡化技術(shù),它們已經(jīng)被用于很多沿海的地區(qū),經(jīng)過(guò)適當(dāng)改良就可以應(yīng)用在火星水的處理和循環(huán)使用上。

        氧氣和水一樣,是人類(lèi)不可或缺的資源?;鹦谴髿獾闹饕煞质嵌趸?,其次是氮和氬,而缺少氧氣。為解決這個(gè)問(wèn)題,科學(xué)家們提出通過(guò)非生物和生物兩種途徑來(lái)解決。

        非生物途徑主要利用無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)將氧氣從含氧物質(zhì)中分離出來(lái)??梢噪娊饣鹦莾蓸O冰蓋中和表土下蘊(yùn)含的水冰,生成氫氣和氧氣;也可以通過(guò)熱解土壤或巖石中的過(guò)氧化物來(lái)達(dá)到目的。非生物途徑較為簡(jiǎn)單直接,但并不利于建立穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),而且走這條途徑需要耗費(fèi)巨大的能量,因此只能作為重要的輔助手段。

        而生物途徑則要有效得多,它主要是將經(jīng)過(guò)基因改造的細(xì)菌或藻類(lèi)發(fā)射到火星上,通過(guò)生物作用將火星上的氣體轉(zhuǎn)換成氧氣。各種細(xì)菌和藻類(lèi)中,最有潛力擔(dān)此重任的是藍(lán)藻,它曾經(jīng)將早期地球上的有毒氣體轉(zhuǎn)化為富含氮和氧氣的大氣,并且促進(jìn)了臭氧層的形成,為地球其他生命的誕生創(chuàng)造了有利條件。目前美國(guó)在國(guó)際空間站上已經(jīng)開(kāi)展了藍(lán)藻的相關(guān)實(shí)驗(yàn),根據(jù)火星的氣候條件對(duì)藍(lán)藻進(jìn)行必要的基因改造,有望為未來(lái)火星移民計(jì)劃提供重要的支持。

        就地取“能”

        除了以上必需的資源,人類(lèi)如若想在火星上生存和發(fā)展,還離不開(kāi)源源不斷的能源。不過(guò),這不用擔(dān)心,火星雖然看上去荒蕪,但其實(shí)擁有幾種很有潛力的能源。

        首先,火星上重氫與普通氫的比值是地球上的5倍,重氫是氫的重同位素,是核聚變反應(yīng)堆的燃料,因此只要利用得當(dāng),就可以產(chǎn)生大量的核動(dòng)力。

        此外,風(fēng)車(chē)已經(jīng)在地球上運(yùn)行了幾個(gè)世紀(jì),其技術(shù)含量也不高,在火星基地制造出來(lái)的可能性很大。雖然火星上的大氣厚度只有地球的1%,地表風(fēng)速也只有5米/秒,然而,在火星的高空,典型風(fēng)速是30米/秒,它能使單位風(fēng)葉面積產(chǎn)生相當(dāng)于地球上6米/秒的風(fēng)的能量,這對(duì)于風(fēng)力發(fā)電來(lái)說(shuō)已經(jīng)相當(dāng)可觀了。最后,火星上還擁有大量的地?zé)豳Y源?;鹦巧嫌兄罅康幕鹕降孛?,雖然大部分火山已經(jīng)不再活躍,但是其地表的余熱依然可以被有效利用。

        目前,已經(jīng)有很多國(guó)家積極開(kāi)展了火星移民的相關(guān)研究工作,荷蘭的一家公司甚至已經(jīng)開(kāi)始在全球公開(kāi)召集志愿者進(jìn)行火星探險(xiǎn)計(jì)劃。雖然,的確還存在許多困難,但隨著科技的高速發(fā)展,相信在不久的未來(lái),人類(lèi)就可以在火星上欣賞美麗的落日,而且不用擔(dān)心只能在上面天天吃土豆過(guò)日子了。 (詹志飛)

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