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神奇的气凝胶,让人类移居火星成为可能

气凝胶已荣膺“已知超轻固体”等15项吉尼斯世界纪录,在热学、声学、力学、光学、电子学等方面都表现出了优异性能,科学界公认其为“即将改变世界的神奇材料”。

日前,哈佛大学、爱丁堡大学和美国航天局喷气推进实验室的研究人员为气凝胶材料找到了新的“用武之地”:改造火星。

美国天文学家、科普作家卡尔·萨根曾大胆设想,北极冰盖的蒸发将可能产生会火星大气层,形成温室效应导致气温升高,并让液态水存在的可能性大大增加,火星因此会变得和地球一样适合人类居住。

然而,去年美国航天局的一项研究显示,火星上所有可用资源只会将大气压力增加到地球的7%左右,远远低于使火星适宜人类居住所需要的压力,整体“改造”火星的希望极为渺茫。

有鉴于此,美英科学家们提出了“火星局部改造气凝胶方案”:二氧化硅气凝胶是一种半透明材料,可透射阳光;气凝胶还是一种超级绝热材料,导热系数可达0.010W/(m·K),能隔绝热量散发,所以,将2到3厘米厚的二氧化硅气凝胶用作“保温被”,便可把火星的某一个局部地区地球化。

通过建模和实验,研究人员证明,3厘米气凝胶颗粒可让上下方保持45℃的温差,而2厘米的气凝胶砖则使温差超过了50℃。在这种温度下,气凝胶材料下方的水将常年保持在液体状态,植物和其他生物可在这个区域生存,并免受紫外线的伤害。而且,实现所有这些都不需要任何内部热源。相关研究结果已发表在新一期英国《自然·天文学》杂志上。

论文共同作者、美国航天局喷气推进实验室的科学家劳拉·凯贝尔说,这种建造宜居区的方法让人们可控、规模化地“改造”火星。研究团队计划,在智利阿塔卡马沙漠和南极麦克默多干谷等类似火星的干冷环境中实地测试。

不过,论文前一作者、哈佛大学环境科学和工程学助理教授罗宾·沃兹沃思表示,“火星局部改造气凝胶方案”还面临一些工程学挑战,如根据目前的气候模型,需要将大量气凝胶运输到火星上,还要经过至少2个火星年(约4个地球年),才能形成永久性液态水区域。