这篇文章曾发表于《大众科学》的前博客网络，反映作者观点，未必代表《大众科学》立场。
在行星科学领域，许多人最初的灵感来自于阅读科幻小说，这已经是一个半公开的秘密。 对于我们这些研究火星的人来说，金·斯坦利·罗宾逊 90 年代的火星三部曲尤其具有影响力，它描述了红色星球的殖民化和最终的地球化改造。 但是在 2019 年重读这些书时，我注意到他想象的大部分内容看起来都相当牵强——我们离将第一个人类送上火星还有很长的路要走，而将这颗行星地球化改造成适宜居住的地方似乎是一个非常遥远的梦想。
之前已经有人提出了将火星改造成类似地球行星的严肃科学想法，但这需要庞大的工业能力，并且对火星上可获取的二氧化碳 (CO2) 总量做出了假设，这些假设被批评为不切实际。 因此，几年前当我们开始思考这个问题时，我们决定采取不同的方法。 当你研究火星过去的气候时（就像我们在日常研究中所做的那样），你会很快了解到，虽然它过去曾断断续续地适宜居住，但它从来没有真正像地球一样——它一直是一个独特而陌生的世界。 因此，当我们思考如何在未来使火星变得适宜居住时，或许我们也应该从红色星球本身汲取灵感。
火星上的一种自然过程——所谓的固态温室效应——尤其令人感兴趣，因为它能够在火星极地冰盖下方的冰层中，每年夏天强烈加热冰层。 这种效应发生在可见光透射到隔热材料内部时，之后热量会被困住，并可能发生急剧升温。
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受这一过程的启发，以及几年前我为行星气候学研究生课程提出的一个问题（永远不要说教学对研究没有帮助！），我们开始研究在地表覆盖半透明固体薄层的情况下，火星上可以产生多大的升温效果。 为了进行实验，我们使用了二氧化硅气凝胶，这是一种奇特的
[AQ：请澄清此处的“奇特”一词。 二氧化硅气凝胶是最常被研究的一类气凝胶，因此，如果您想暗示它们与更常见的材料相比具有不寻常的特性，则最好使用不同的词。] 材料，它具有极佳的隔热性、极低的密度（超过 97% 是空气），并且几乎对可见光透明，使其成为产生强固态温室效应的理想候选材料。
二氧化硅气凝胶已被 NASA 用于火星探测车内部的隔热，以及其他用途。 正如我们在论文中展示的那样
[AQ：这是您第一次提到您的论文。 您是否想在此处链接到该论文，或提供更多详细信息（例如，期刊名称，如果已发表）？] 通过实验室实验、建模和第一性原理理论的结合，我们发现，在火星表面或离火星表面不远的地方放置两到三厘米厚的这种材料，就足以使下层保持永久温暖，足以生长藻类或植物，并阻挡大部分有害的紫外线辐射。 如果我们乐于从局部开始，那么使火星变得适宜居住可能比以前认为的更容易实现。
接下来的步骤是什么？ 嗯，我们的论文证明了这个想法的基本物理原理是合理的，但是要理解如何使用这种方法在火星上建造实际的栖息地，还有很多工作要做。 二氧化硅气凝胶非常脆弱，因此为了实现坚固的防护罩和控制内部压力，需要对其进行改性或与其他一些材料结合使用。 还有一个问题是如何在火星上供应二氧化硅气凝胶。 它非常轻，这有利于从地球运输，但最终我们希望在火星表面制造它。
一种标准的工业方法涉及高压 CO2 干燥步骤，这可以利用来自大气层的 CO2 供应。 然而，值得注意的是，地球上的一些生物体非常擅长在纳米尺度上操纵二氧化硅（玻璃海绵和硅藻浮游植物只是两个例子）。 因此，推测而言，生物体最终有可能被改造为自行生产类似二氧化硅气凝胶的材料，从而形成一个生物圈，帮助维持自身适宜居住的环境。
在实际应用方面，我们下一步计划专注于改进实验室实验的范围和复杂性，并在野外进行初步测试。 火星是独一无二的，但地球上也有一些不适宜居住的地方与它非常相似，包括智利的阿塔卡玛沙漠和南极洲的干谷。 如果我们能够在野外像这样的地点证明我们想法的可行性，那将大大有助于证明它可以在火星表面真正发挥作用。
在那之后，剩下的最大障碍将是行星保护：任何在火星上放置生命的计划都必须避免污染可能已经存在生命的地方。 与任何全球地球化改造方案相比，我们提出的区域性、可扩展的方法更容易做到这一点，但这仍然是一个需要在未来非常仔细考虑的重大问题。
我们离在其他行星上建造可行的自给自足的栖息地还有很长的路要走。 但我们的研究首次为在未来几十年而不是几个世纪内实现这一目标开辟了一条看似可行的途径，如果我们选择这样做的话。 而且我们认为这值得为此感到兴奋。