鄭永春

你知道嗎？各國(guó)航天局局長(zhǎng)曾討論過(guò)先探索月球還是火星，大多數(shù)航天局局長(zhǎng)從可行性的角度出發(fā)，認(rèn)為先探索月球是不錯(cuò)的選擇，但如果要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模移居，太陽(yáng)系內(nèi)只能選擇與地球最為相似的火星了。預(yù)計(jì)在2030年左右，人類將首次登陸火星。未來(lái)100年，在火星上的人口規(guī)模有可能達(dá)到一百萬(wàn)人，從而使人類實(shí)現(xiàn)在地球之外的跨星球生存。

如何大規(guī)模移居火星，其實(shí)是一個(gè)很大的問(wèn)題，況且我們還沒(méi)有登上過(guò)火星。但科學(xué)家們已經(jīng)有很多思考了。

跨星球生存先要蓋房子

從宏觀角度，科學(xué)家指出，大規(guī)模移居火星的前提是形成“太空工業(yè)經(jīng)濟(jì)”；從微觀角度，太空種菜也有可能。而移民火星，首先要考慮的就是居住問(wèn)題。沒(méi)錯(cuò)，就是蓋房子！

現(xiàn)實(shí)可行的方案是就近利用火星上原本的資源，比如土壤，來(lái)生產(chǎn)磚塊、橫梁等結(jié)構(gòu)材料。此前，已經(jīng)有學(xué)者進(jìn)行了這方面的探索，但這些探索發(fā)現(xiàn)，利用火星資源都需要加入一定比例的添加劑，或者需要進(jìn)行高溫煅燒才能完成。而新的研究發(fā)現(xiàn)，不需要加入添加劑，只要直接加壓成型，就可以在火星上加工蓋房材料了！

火星土壤和地球土壤的區(qū)別

我們知道，火星土壤與地球土壤存在本質(zhì)的區(qū)別。雖然二者都是由巖石風(fēng)化而成，但相比地球的土壤，火星上的土壤中沒(méi)有探測(cè)到有機(jī)質(zhì)的存在。在地球上，土壤中的有機(jī)質(zhì)一般來(lái)源于動(dòng)物、植物和微生物等有機(jī)體的腐爛分解。因此，用風(fēng)化層描述火星土壤可能更為準(zhǔn)確。

在火星表而，紅色基調(diào)為主的地貌特征主要是由鐵氧化物或其他鐵氫氧化物造成的。這些物質(zhì)形成于數(shù)十億年前，說(shuō)明當(dāng)時(shí)火星的環(huán)境可能是溫暖濕潤(rùn)的?，F(xiàn)在的火星鐵氧化物，其形成可能是由太陽(yáng)紫外線輻射造成的。通過(guò)分析著陸點(diǎn)的表土成分發(fā)現(xiàn)，火星土壤主要為玄武質(zhì)砂粒，并混合了灰塵和細(xì)粒鹽。透亮的灰塵主要為納米級(jí)鐵氧化物，尤其足赤鐵礦成份。

不用添加劑造出“火星磚”

在新的研究中，研究者采用一種代號(hào)為Mars-la的模擬火星土壤進(jìn)行了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)材料的實(shí)驗(yàn)，并展示出一塊采用靜態(tài)加壓、剛性模子的方式生產(chǎn)的磚塊。這個(gè)磚塊寬度約為1厘米，長(zhǎng)度為三四厘米。

在這項(xiàng)研究中，需要將模擬火星土壤中的石塊壓碎。在壓磚前，模擬火星土壤的顆粒大小25～45微米。因?yàn)榛鹦峭寥乐械氖瘔K大多為玄武巖，通常只需要1～10兆帕的壓力就可以壓碎，而實(shí)驗(yàn)中使用了三四十兆帕的壓力，這樣土壤中的石塊被壓成磚塊后，其中大部分顆粒的直徑都會(huì)小于10微米。不過(guò)，構(gòu)成火星土壤的玄武巖在磚塊中的作用就像沙子一樣，并不能提供粘結(jié)力。所以，一般使用這種直接壓制方式生產(chǎn)的磚塊，都需要添加劑來(lái)進(jìn)行粘合。

而這次研究最關(guān)鍵的是，不需要添加劑！其中起到關(guān)鍵作用的是模擬火星土壤中的氧化鐵顆粒。這種氧化鐵顆粒雖然只有納米級(jí)大小，但它們能使土壤粘結(jié)在一起！實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用火星土壤采用一步壓磚的方式，在30～50兆帕的壓力下，用靜態(tài)加壓或沖擊加壓的方式都可以生產(chǎn)出磚塊。其中，氧化鐵顆粒提供了土壤顆粒主要的粘結(jié)力。如果在土壤中加入纖維等加強(qiáng)筋，還可以提高磚塊的強(qiáng)度。

在地球上也能燒出“火星磚”

我們知道，不管是去南極洲還是在國(guó)際空間站接受訓(xùn)練，都無(wú)法為人類在火星上定居做好足夠準(zhǔn)備。那么，征地球上模擬火星環(huán)境制出的磚，真的可以用在火星上嗎？

答案是肯定的！因?yàn)檎鞯厍驘啤盎鹦谴u”的土壤，正足以真正的火星土壤為模擬對(duì)象的！當(dāng)然，原料還是從地球的天然巖石和礦物中獲得，之后根據(jù)火星土壤的物理性質(zhì)和化學(xué)組成，進(jìn)行一定的加工改造，從而最真實(shí)地模擬山火星的土壤。

據(jù)了解，很多人對(duì)火星上種土豆最感興趣。“鳳凰號(hào)”探測(cè)數(shù)據(jù)表明，火星土壤略微呈堿性，含有大量的營(yíng)養(yǎng)元素，如鎂、鈉、鉀、氯化物，這些都是植物生長(zhǎng)需要的元素?？茖W(xué)家比較了火星土壤的成分和地球上植物生長(zhǎng)的土壤，認(rèn)為火星土壤可以適合植物的生長(zhǎng)。然而，“鳳凰號(hào)”進(jìn)行了簡(jiǎn)單化學(xué)實(shí)驗(yàn)，混合地球上的水測(cè)定火星土壤的PH值，發(fā)現(xiàn)存在高氯酸鹽——這種有毒物質(zhì)并不適合生命生存。有科學(xué)家認(rèn)為，可能是飛船或儀器載入過(guò)程等地面因素影響了這次測(cè)試結(jié)果，因此確定火星土壤是否含有高氯酸鹽非常必要。

2020年，中國(guó)人也將發(fā)射火星探測(cè)器奔赴火星。中國(guó)科學(xué)家目前正在積極開(kāi)展相關(guān)研究，盡可能充分地了解火星表面的環(huán)境特征和土壤的承載能力等基本情況。只有我們對(duì)火星的情況了解得越充分，我們登陸火星才越有把握。endprint