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早在 2019 年 7 月,《自然天文学》杂志上发表了一篇引人入胜的论文。这篇文章报告了由 Wordsworth、Kerber 和 Cockell 进行的一项研究,该研究旨在调查如果在火星的部分区域铺上一层薄薄的、两到三厘米厚的二氧化硅气凝胶会发生什么。
这项工作的背景动机(包括在地球上进行的实验和数学建模)是询问是否有其他方法可以想象地球化火星——使其更适合地球上存在的生命。
火星上的陆生生物面临许多挑战:只有稀薄的、以二氧化碳为主的大气层。因此,来自太阳的强烈、破坏分子的紫外线辐射直接到达火星表面。火星表面也非常干燥,尽管有大量的水被锁在地下矿藏中,其中大部分可能是冻结的。火星的土壤状风化层中含有腐蚀性的化学混合物,包括像高氯酸铵这样的有害物质(有时用作地球上的固体火箭燃料)。而且火星会变得寒冷,特别是在夜晚和南北半球的冬季。
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原则上,正如关于地球化的传统观点所暗示的那样,如果能使火星的大气层变厚,就可以帮助解决许多这些挑战。一种选择可能是尝试释放目前被锁定在极地冰盖中的大量冻结的二氧化碳。但是,这项行动的规模使其作为一种可行的选择还很遥远。此外,当然,关于改变原始自然环境(在证明其中不包含现存生物之前,这种环境可能仍然包含现存生物)的整个概念,仅仅是因为我们想这样做,存在着合理的疑问。
作为替代方案,Wordsworth 等人提出了一种局部“耕作”方法。二氧化硅气凝胶具有极低的密度和多孔性,但它也可以产生固态温室效应,因为它对红外辐射相当不透明(并且导热性不好),但对可见光和较短波长的光部分透明。
最重要的是,如果将气凝胶覆盖在火星富含冰的风化层区域(例如,朝向两极),在十年内,固态温室效应可以将地面以下数米的区域加热。二氧化硅还可以阻挡最具破坏性的紫外线。温度可能会上升到一个范围,至少在地下,液态水可以在一年中的大部分时间里出现。在这种环境中,随着光线仍然到达地表,我们可以想象光合微生物能够扎根。特别是如果气凝胶层略微气密,则可以在其下方保持略高的气压。
当然,陆生生物(或者如果它们曾经在火星上存在过,则为本土生物)是否能够生存和繁荣是非常不确定的。需要营养流动,并且二氧化硅气凝胶必须以工业规模制造。作者指出,地球上微小的海洋硅藻已经是优秀的小型二氧化硅工程师——可以构建无定形二氧化硅颗粒。也许可以开发合成生物学,在火星上构建自己的温室覆盖物。
也许这项研究最有趣的一个方面是,它将地球化火星的想法转变为某种意义上的火星局部“耕作”。对地球全球状态的影响可以保持在最低限度,同时可持续地利用自然资源。事实上,通过使地球的大部分地区保持其自然荒凉的状态,灾难性生态变化的几率可能会大大降低。最后,用气凝胶覆盖地球的部分区域来种植食物可能比建造巨大的生物圈式帐篷及其所有相关的基础设施要好。