艺术家对火星地球化的印象，从目前的状态到一个宜居的世界。来源：戴恩·巴拉德

马特·威廉姆斯于2024年8月14日发布

改造火星，使其大气和环境与地球更相似，以适合人类居住，这个想法可以追溯到几十年前。在那段时间，许多被提议的方法都被考虑过，因为“太昂贵”或需要比我们今天拥有的技术先进得多的技术而被搁置在一边。然而，这个想法一直存在，并且经常被认为是在火星上建立人类存在的长期计划的一部分。考虑到许多在月球上建立人类前哨站的计划，然后利用这些基础设施向火星发射任务，地球化的机会可能比我们想象的要近

遗憾的是，任何改造计划都存在尚未解决的障碍，从费用、距离和目前技术的瓶颈。引发温室效应并使火星表面变暖需要大量的温室气体，这将是非常困难和昂贵的运输。然而，由芝加哥大学领导的一组工程师和地球物理学家提出了一种用纳米粒子改造火星的新方法。这种方法将利用火星表面已有的资源，根据其可行性研究，将足以启动改造地球的程新征程。

该组由西北大学电子与计算机工程（ECE）系的一位博士后Samaneh Ansari带领。和她一起的还有芝加哥大学地球科学

正如前几篇文章所述，改造火星的过程可以归结为几个步骤，这些步骤都是互补的。这意味着，一个领域的进步必然会对另一个领域产生积极影响。这些步骤包括：

全球变暖

增厚大气层

融化水冰

通过使火星变暖，极地冰盖和永久冻土将融化，将液态水释放到地表，并以蒸汽的形式进入大气。两个冰盖中大量的干冰(尤其是在火星南半球)也会被释放，使大气变厚并进一步变暖。正如罗伯特·祖布林在《火星案例》中所说，这将导致火星大气压力达到300毫巴左右(是地球海平面大气压的30%)，这也意味着人们可以不穿宇航服直接站在火星地表。

在过去，将火星地球化的方法通常以实现温室效应为第一步，一般做法为引入额外的温室气体。

比如说二氧化碳，甲烷，氨和氯氟烃，这些气体要么得在火星上开采，要么就得从地球进口（或者是从金星、土卫六以及外太阳系）。

但使用这些手段就需要一队星舰在火星和金星或外太阳系间来回运输 或者在火星上进行繁重的采矿作业。

相反，安萨尔和她的同事提出的这个建议包括利用设计过的尘土微粒，这些微粒由当地材料制成。由于例如好奇号和毅力号这种获取多种石头和土壤进行分析的任务，我们知道火星上的尘土颗粒含有丰富的铁与铝。在将这些尘土颗粒制作成9微米长的纳米棒（相当于一根人的头发丝的宽度），并排列成不同构造，这些微粒会被释放到大气层，在这里它们能吸收和散射太阳光。

图片由海盗1号人造卫星于1976年6月拍摄，展现了火星稀薄的大气层以及布满灰尘的红色表面。制作组：NASA（美国国家航空航天局）/海盗1号

为确定这些微粒范围到多少时会影响到火星稀薄的大气，研究团队利用西北大学的Quest高性能计算集群和芝加哥大学研究计算中心（RCC）的Midway2计算机集群进行了模拟。基于一个10年的粒子寿命，两个气候模型被用于模拟每秒30升（7.9加仑）的纳米粒被持续发射到大气中。结果表明：这一过程会使火星升温30℃（86℉），足以引发极地冰盖融化。

根据他们的模拟，该团队发现它们的方法比过去引发火星温室效应的提议有效5000多倍。另外，平均气温的升高会使火星环境适合微生物生长，这对火星生态改造计划至关重要。尽管引入光合细菌（如：蓝藻细菌），大气中的二氧化碳可以缓慢转化为氧气。这也解释了氧气如何从35亿年前成为地球大气中不可或缺的一部分。

正如凯特在芝加哥大学新闻报道中指出的那样，这个方法仍旧需要数十年时间，但组织上比现行的改造火星计划更简单且便宜很多：

“这表明让火星变暖以允许液态水存在的障碍并没有想象中这么高。你仍需要几百万吨（尘土颗粒）去使这个行星变暖，但已经比之前你建议的使火星全球变暖的量要少了五千倍。这显著提升了这个项目的可行性。这表明让火星变暖以允许液态水存在的障碍没有我们过去想的高。”

当然，在这个方法进行实地测试前要完成很多补充研究。尤其是关于这些粒子将如何收到火星上大气变化影响的问题尚未解决。目前，火星会出现云层形成和干冰在大气中凝结并落到地表呈二氧化碳雪的现象。一旦极地冰川被热融化，火星会出现更多的云层覆盖和凝结云层中包含的水，这些水滴可能会凝结在粒子周围，使它们以雨滴的形式回到地表。

这位艺术家通过想象图，向我们展示了大约四十亿年前火星的样子，当时其表面大部分被液态水覆盖。图片来源：ESO/M. Kornmesser。

这些以及其他潜在的气候反馈机制可能会带来一系列问题。然而，这种方法的其中一种好处就是其具有可逆性。只需停止产生和释放这些微粒到大气中，随时间推移，变暖效应就会终止。更重要的是，该研究的重点仅限于将大气加热到微生物可以生存，并最终能够种植农作物的程度。尽管如此，这项研究为地球化改造火星的爱好者们提供了一个更可行，更经济的选项，用以启动整个“绿化火星”进程。Kite 说道：

“想要建立一个精确的气候反馈机制模型非常困难。要实施这样的计划，我们需要收集更多来自火星和地球的数据，并且需要以缓慢且可逆的方式推进，以确保效果如预期要求运行。这项研究为进一步探索开辟了新途径，可能使我们离在火星上建立可持续的人类存在这一长期梦想更近了一步。”

正如俗话所说，“千里之行，始于足下。” 在这种情况下，第一步或许是最难迈出的，仅次于确保火星气候能在长期维持。通过为未来提供一个可行且（相对而言）经济的选项，我们或许能够实现让火星适合地球生命生存的梦想！

这一过程被称为原位资源利用（ISRU），是NASA的“从月球到火星”任务架构的重要组成部分，也是未来几十年内在月球和火星上建立永久人类存在的其他计划中的关键环节。

BY：universetoday

FY：Astronomical volunteer team

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