气凝胶可能被用于在火星上建造地球化穹顶

（《科学内幕》报道）——一项新研究表明，由一种极轻的材料（有时被称为“冻结的烟雾”）制成的防护罩可能有助于使火星上的区域适宜居住。

目前，火星表面温度过低，水无法保持液态，而液态水通常被认为是地球上生命存在的关键先决条件。此外，火星大气层过于稀薄，无法抵御对生命有害的紫外线辐射。

科学家们提出了许多使这颗红色星球更宜居的策略，但所有这些地球化项目在现有技术下几乎不可能实现。在一个常见的设想中，人类会释放火星表面锁住的温室气体，以捕获太阳的热量。然而，2018年的一项研究指出，唯一足够丰富以显著温暖火星的温室气体是二氧化碳，而火星上没有足够的二氧化碳来成功进行地球化。另一种策略涉及重定向富含温室气体的彗星和小行星撞击火星，但这需要数千颗。

“这些策略至少需要几个世纪才能实现，”研究主要作者、哈佛大学行星科学家罗宾·沃兹沃斯说。

现在，沃兹沃斯和他的同事们提出，气凝胶——已知最轻的固体——可能有助于在火星上产生宜居点。这些多孔材料中多达99.8%是空气，因此气凝胶赢得了“冻结的烟雾”的绰号。

气凝胶防护罩在火星上有多种用途。“你可以想象在火星上铺设几层瓷砖或柔性毯子，并在下面种植藻类垫，或者建造更标准的穹顶式结构来种植更传统的农作物，”沃兹沃斯说。“这种方法最棒的地方在于它非常灵活。”

“我们可以在有生之年，而不是几个世纪以后，在火星上创造宜居条件，”沃兹沃斯说。

科学家们用二氧化硅（构成玻璃的物质）制造了气凝胶。二氧化硅气凝胶是已知最好的绝热体之一——事实上，薄薄的气凝胶层曾为美国宇航局的火星探测器提供夜间热绝缘。因此，研究人员推断，放置在火星表面的气凝胶可以帮助它捕获太阳的热量。此外，二氧化硅还可以阻挡紫外线。

在实验中，科学家们模拟了火星表面条件。他们发现，2到3厘米厚的二氧化硅气凝胶层可以将下方表面的温度提高50摄氏度，达到水的熔点以上。此外，通过使用火星气候模型，他们表明，在火星温带冰冷区域部署2.5厘米厚的二氧化硅气凝胶层，可以帮助水在火星年中保持液态，深度可达数米。

研究人员指出，足够多的可见光可以穿过气凝胶层，以进行光合作用，并建议气凝胶防护罩可以以最少的后续干预来保护农作物和其他光合生命。

“向火星派遣任务的一切都很昂贵，所以如果你认真考虑在那里创造宜居条件，你就需要考虑充分利用你必须面对的资源方面的巨大限制，”沃兹沃斯说。

“气凝胶的特性已经被很好地理解，它是一种极好的绝热体，所以我认为这些结果非常符合逻辑，”未参与这项研究的弗拉格斯塔夫北亚利桑那大学行星科学家克里斯托弗·爱德华兹说。“我对公众关于这项工作的主要警示是它可能发生的规模。气凝胶不容易大规模生产，而这项工作所需的规模是巨大的，要实现在火星地下冰附近创建宜居区域的目标，需要大量的气凝胶。”

沃兹沃斯和他的同事们指出，人类并不是唯一操纵二氧化硅的物种——海中许多浮游生物也会自然而然地这样做。因此，他们提出，经过基因改造的这类生物有一天可能有助于在火星上创建二氧化硅层，从而有助于在这颗红色星球上发展新的生物圈。

科学家们确实强调，如果火星今天仍有生命，那么地球生命的存在可能会阻碍其生存或探测。“我们必须时刻小心将生命带到火星上，以及那里的任何探索或地球化项目，”沃兹沃斯说。“气凝胶方法的好处在于它具有局部性——你可以先仔细研究一个区域，然后再实施这种策略。”

科学家们现在计划在智利的阿塔卡马沙漠和南极洲的干谷等地进行气凝胶防护罩的实地测试。“这些是地球上最接近火星条件的地方，”沃兹沃斯说。

沃兹沃斯和他的同事们于7月15日在《自然天文学》杂志上在线详细介绍了他们的发现。