气凝胶有望改变火星的环境,甚至允许生命在那里发展。

长期以来,改变火星的环境以支持生命一直是科幻小说的梦想。目前,火星太冷,无法支持生命。它的大气层太薄,无法保护任何生物免受有害辐射。但一项新的研究表明,使用一英寸的“气凝胶”就可以改变火星当地的环境条件。这是一种合成超轻材料,由凝胶和气体制成。

发表在《自然·天文学》上的一篇论文声称,这项技术可以在火星上创造出可居住的区域,植物可以通过光合作用将阳光转化为能量,这可能会使生命得到发展和繁荣。

真的是这样吗?如果是,我们应该这样做吗?

大约38亿年前,当生命在地球上开始时,火星上的条件是宜居的。当时火星表面有水,蓝天白云和火山活动提供了水循环的一部分。我们从火星探测任务中了解到这一切,这些任务在火星表面发现了干燥的水道。与此同时,机遇号和好奇号探测器已经证明这些特征是由水形成的。

38亿年前,磁场也保护了火星免受有害的太空辐射。消防研究人员在火星古老的南部高地发现了地壳磁场。这些是古代火星磁场的唯一遗迹,类似于现在的地球磁场。

然而,这些可居住的条件在38亿年前发生了变化。磁场消失了。科学家们现在认为,这是因为火星比地球更快地从地层中散失热量,这可能是由于在火星上形成海拉斯盆地的大碰撞而增强的。几十亿年来,它没有受到磁场的保护,火星的大气被清理到太空中。一部分水流失了,一部分水流入地下,水还存在于火星的永久冻土和地下“湖泊”中。

我们知道,现在火星表面不适合生命存在。稀薄的二氧化碳不到地球大气压力的1%,这意味着火星表面包括来自太阳和银河系的高通有害辐射。火星表面环境也非常寒冷:白天0-10℃,晚上低于-100℃。

然而,即使在今天,火星上也可能有生命存在。

欧洲航天局将在2020年发射罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin,ExoMars 2020)火星车,我们将在火星表面以下两米处钻孔,寻找远古生命的迹象。这超出了机遇号和好奇号钻机的目标,并提供了寻找生物标志物和生命证据的最佳机会。此外,返回任务可以带回美国国家航空航天局火星2020探测器收集的岩石。

通过这些任务,我们或许可以回答人类在宇宙中是否单独存在这个老问题。

气凝胶是由凝胶中的气体而不是液体构成的。它有很多俗名:冻烟、固体烟、固体空气、蓝烟等。,这些都来源于它在物质中的透明性和光散射能力。

气凝胶通过超临界干燥从凝胶中提取液体成分。这种方法会使液体慢慢脱出,但不会使凝胶中的固体结构被伴随的毛细作用压碎。世界上第一个气体凝胶的主要成分是硅胶。随后,制备基于铝、铬和氧化锡的凝胶。第一个碳凝胶是在1980年代末开发的。

气凝胶极轻,密度约为3mg/cm 3,只有空气的三倍重。气凝胶虽然有胶字,但实际上是一种又硬又干的物质,物理性质与胶体一点也不相似。之所以叫胶水,是因为它的制造过程是从凝胶中提取的。抬起指尖,在凝胶表面轻轻按压,不会留下痕迹;如果用很重的力按压,会造成永久性的凹陷;如果有足够的力量,它会像玻璃一样碎成碎片。这就是我们所说的脆性。

虽然有断裂的倾向,但结构还是很坚固的。其优异的负载能力源于其分子组成:尺寸约为2至5纳米的球形聚合物颗粒组合成小单元,再组合成树枝状的微立体结构。这些小单元会形成一个分形的链状三维结构,其中填充了大量的孔洞,每个孔洞的大小不超过100纳米。这些孔的聚集密度和个体平均尺寸可以通过制造过程来控制。

气凝胶是一种优良的隔热材料,几乎可以阻隔三种传热方式(热传导、热对流、热辐射)中的两种方式带来的热量传递。凝胶中空气的比例至少为99.8%,空气是热的不良导体,所以它们是良好的导热绝缘材料。

最近有证据表明,火星上的碳储量不足以实现这一目标。这项新研究提出了一种不同的方法:火星上的一小块区域可以覆盖上薄薄的(2-3厘米)气凝胶,温室效应可以通过锁定热量来提供。通过实验室实验,研究人员证明这可以使火星表面温度升高50℃..然后,研究人员利用火星的气候模型证实,这种凝胶可以使其下方数米的水保持液态。它还可以通过吸收紫外线辐射来保护火星表面免受有害辐射,同时仍然允许足够的光进行光合作用。

这有望产生一个宜居区,甚至可以用来种植一些植物,为人类的终极探索提供动力。

这个想法当然有意思,根据实验可能也是合理的。但是,它忽略了另一个影响火星宇宙辐射寿命的关键问题。这种被提议的材料,二氧化硅气凝胶,由于其低密度,有时被称为“冷冻烟”。但由于密度如此之低,能量高于紫外线的宇宙辐射几乎可以毫发无损地穿过它。如果没有磁场保护,这种辐射会威胁到火星表面的任何生命。

火星是离我们最近的行星。人为改变环境是会威胁自然的“实验”之一。这些实验已经有几十亿年的历史了。我们尽量按照国际规则保持火星探测任务的清洁,这样就不会打扰任何过去甚至现在的火星。如果我们确实继续在火星上探索和发现生命,很难知道这些是天然的火星微生物还是仅仅是来自地球的污染物。

像这样的大规模实验,对原有环境的影响会很大,我们最好不要做。

等科研完成,我们准备好了,用气凝胶改造火星,值得进一步研究。