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Root Nation文章技术改造火星:红色星球能否变成新地球?

改造火星:红色星球能否变成新地球?

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最近,有许多关于火星开发和在那里为宇航员和定居者安置基地的计划。 但如果有一天人们真的想住在那里,就必须彻底改造这颗红色星球。 这需要什么? 人类一直梦想着飞向遥远的恒星,人们想去外太空旅行,在其他星球上生活。 最近,关于此类飞行和人类迁移到其他星球的前景的讨论和写作很多,火箭正在建造,太空探险正在计划中。 今天,我想考虑我们是否能够将火星变成一个新地球,如何改造这颗红色星球,以及原则上是否可行。

改造火星

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火星上有生命吗?

火星是一颗最近成为科学新闻和文章头条的行星。 火星绝对是我们最关注的太阳系行星。 这不仅是因为它离地球相当近(与其他行星相比),还因为它的一些特性使它与我们的星球有些相似。 当然,尽可能在一个没有生命的天体上,大气中有氧气,而肆虐的沙尘暴覆盖了整个星球表面。

火星

在过去的几十年里,科学家们对火星的演化及其表面状况有了很多了解,这改变了他们的看法。 虽然这些条件不是很有利。 我们现在知道,虽然火星目前是一个非常寒冷、干燥和荒凉的星球,但并非总是如此。 此外,科学家们注意到,即使以目前的形式,火星和地球也有很多共同点。 首先,这两颗行星在大小、自转轴倾角、结构、成分甚至表面是否存在水方面都很相似。 出于这个原因,并且因为它相对靠近地球,火星被认为是未来人类定居的主要候选者。 如果可以根据人类需要改变地球上的条件(地球化),那么这种观点将成为可能。 尽管有上述相似之处,但要将火星改造成更适合人类生活的星球,会遇到很多困难。 首先,大气层非常稀薄且无法呼吸,其中含有 96% 的二氧化碳、1,93% 的氩气和 1,89% 的氮气,以及微量的氧气和水蒸气。

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然而,与其背诵有关行星大小和组成的百科全书式事实,不如回顾火星的过去更有趣,因为它可能曾经更像地球。 一些科学家根据火星探测器和漫游者收集的数据表明,海洋和浅水形式的水曾经覆盖了这颗红色星球的大部分地区。 但那可能是大约 4 亿年前的事了。 从那时起,情况发生了很大变化,科学家们认为大气层的变化导致了地球上水的消失。 曾几何时,火星大气层可能具有不同的成分,并且可能密度足以支撑液态水的海洋。

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火星大气层为何变化如此之大?

在火星表面观察到的巨大沙子结构在地球上没有任何相似之处,是这颗红色星球所独有的。 他们能告诉我们关于火星古老大气层的哪些信息? 科学家们假设它们的形成是由于在地球稀薄的大气层中肆虐的风和飓风对地表的影响造成的。 它们创造了 3,7 亿年前开始形成的特色沙丘和岩石,我们今天正在研究这些沙丘和岩石。

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因此,研究表面结构可以帮助确定火星何时失去了大部分大气层。 但是大气哪里去了? 这个问题主要是科学家感兴趣的。 因为火星比地球小,它的引力更弱,它可能不足以保持地球的大气层。 太阳辐射(即从太阳冲入太空的粒子)可能剥夺了火星的大部分大气层。 事实上,在这种辐射的影响下,火星大气层仍在持续变薄。

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但那里仍然有水——有时甚至是液体!

火星上曾经有水! 火星的锈色岩石,因此也被称为“红色星球”,证明了过去充满水。 火星上布满了深谷、干涸的河床、湖泊、光滑的石头——鹅卵石,类似于地球上在有水流动的环境中形成的那些。 长期以来,科学家们一直认为火星上温暖潮湿的时期相对较短,但研究表明,它的水覆盖存在的时间可能比之前认为的要长得多。 来自火星轨道的高分辨率成像科学实验 (HiRISE) 探测器提供了行星表面的数据和极其精确的图像,研究人员借此分析了 200 多条古代河床的特征。 根据通道的大小、形状和周围地形的相对年龄,研究小组得出结论,水在 3,8 到 2 亿年前流过火星表面。

Mars_Terraform好奇号是自 2012 年以来一直在火星表面运行的探测器之一,它已经提供了火星曾经有水的证据。 该团队使用好奇号火星车的数据 NASA 确定是水导致了盖尔陨石坑的沉积岩沉积。 这些沉积岩层形成了位于火山口中心的夏普山地块的基础。 从火星车获得的数据表明,大约在 3,8 至 3,3 亿年前,这里曾有众多的溪流和湖泊,其沉积物逐渐形成了夏普山的下层。 也就是说,至少在大约 500 亿年的时间里发生了山体低层的充填。

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这些研究让科学家们有理由说火星表面肯定存在水,并为火星过去和现在的进化过程的发展增添了许多新知识。 今天,火星上的水以冰的形式存在于一层薄薄的火星土壤下。 有时,当温度允许时(碰巧在火星上温度上升到 +20 摄氏度),冰会局部融化,液态水会顺着岩石斜坡流下。

不过,科学家们表示,他们还在继续验证火星上存在水的事实。 对此事目前还没有统一的意见。 主要问题是地球从潮湿温暖的环境转变为寒冷寒冷的沙漠的原因是什么。

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如何改造火星?

对此不乏想法。 关于如何使火星适合人类殖民者居住,有几种提议。 早在 1964 年,Dandridge M. Cole 就主张在火星上制造温室效应。 在他看来,如果你从太阳系外部运送由氨组成的冰,然后将其扔到地表,就可以做到这一点。 由于氨 (NH3) 是一种强大的温室气体,它进入火星大气层会使大气层变稠并升高全球温度。 由于氨主要由氮组成,它还可以用所谓的缓冲气体填充大气,与氧气结合,将创造适合人类呼吸的大气。

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另一种提议的方法涉及降低反照率(行星表面的光反射强度),为此火星表面必须覆盖有深色材料,以增加对阳光的吸收。 这可能是任何东西,从火卫一和火卫二(火星的两个岩石卫星和太阳系中最黑暗的天体)的尘埃到极端的地衣和深色植物。 这一决定最热心的支持者之一是著名作家和科学家卡尔萨根。

1976 年,NASA 正式着手研究行星工程。 科学家们发现,光合生物、极地冰盖的融化以及向大气中释放温室气体都可以用来创造一个更温暖、富含氧气的大气层。

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1993年,火星社区的创始人罗伯特·祖布林博士和美国宇航局的克里斯托弗·P·麦凯共同撰写了论文《火星地球化技术要求》。 在其中,他们建议使用放置在行星轨道上的镜子直接加热其表面。 这些镜子位于两极附近,可能会融化冰盖并导致全球变暖。 在同一篇论文中,他们认为收集在太阳系中的小行星可以被重新定向以撞击表面,扬起尘埃并加热大气层。 为什么需要使用核电或核热火箭将所有必要的材料发射到轨道上。

最近的提议建议建造密封的温室,让产氧的蓝细菌和藻类群落生活在其中。 2014 年,NASA Techshot Inc. 报道说,关于这样一个概念的工作已经开始。

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未来,美国宇航局打算将装有极端嗜热性光合藻类和蓝藻的小罐装到火星车上,以在火星环境中测试这一过程。 如果任务成功,NASA 和 Techshot 打算建造几个大型温室来生产和收集未来人类飞往火星的氧气,这将通过减少必须运输的氧气量来降低成本并延长任务时间。

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尽管这些计划不涉及环境或行星工程,但 Eugene Boland(Techshot Inc. 首席科学家)认为这是朝着正确方向迈出的一步。 还有在火星表面引爆原子弹的想法(Elon Musk 曾经是这个想法的支持者),这会产生大量的尘埃,这些尘埃会阻挡太阳光线,从而加热地球。

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全球变暖:火星能被加热吗?

幸运或不幸,取决于你的观点,我们人类在地球变暖方面有很多经验。 一个多世纪的二氧化碳排放,我们通过一个简单的温室机制无意中增加了地球表面的温度。 我们排放二氧化碳,它非常擅长让阳光透过并阻止热辐射散逸,因此它就像地球上的一块巨大的隐形毯子。 增加的热量有助于海水蒸发到大气中,从而接收到另一个覆盖层,这会增加温度,进而导致更多水的蒸发和地球大气层的更大加热。

如果它在地球上有效,也许它会在火星上起作用。 火星的大气层几乎完全消失在太空中,但这颗红色星球在极冠和地表以下拥有大量的水冰和冻结的二氧化碳。

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如果人类能以某种方式使极地冰盖变暖,它就会向大气中释放足够多的二氧化碳,从而导致温室效应变暖。 那时我们所要做的就是去观察并等待几个世纪,让物理学发挥作用,使火星成为一个侵略性小得多的地方。

不幸的是,这个简单的想法可能行不通。 第一个问题是加热技术的发展。 实现这一目标所需的设计,从巨大的柱子到创造一个巨大的太空镜,可以聚焦更多的光,从而聚集更多的热量,需要在太空技术和制造方面实现根本性飞跃,这远远超出了人类目前的能力。 以太空镜为例,我们需要在太空某处提取大约 200 吨铝,而今天我们能够提取……嗯,太空中的铝为零吨。

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逐渐痛苦地意识到火星上没有足够的二氧化碳来引起变暖趋势。 目前,火星上的大气压力不超过地球大气压力的百分之一。 如果我们能够将火星上的每一个 CO2 和 H2O 分子蒸发到大气中,那么这颗红色星球上的压力将是……地球大气压力的 2%。

防止汗水在皮肤上沸腾需要两倍的大气压,而防止一个人需要宇航服需要十倍的大气压。 我们不是在谈论缺氧。

为了解决缺乏现成的温室气体的问题,有几个激进的建议。 或许为此,您可以使用会排放氯氟烃的植物,这是一种极具侵略性的温室气体。 或者我们可以从外太阳系吸引一些富含氨的彗星。 氨是一种极好的温室气体,最终会分解成无害的氮,它构成了我们大气的大部分。

假设我们能够克服与这些提议相关的技术挑战,仍然存在一个巨大的障碍:缺乏磁场。 如果我们不用磁场保护火星,每一个进入大气层的分子都会被太阳风吹走。

这并不容易。 有许多创造性的解决方案。 我们或许能够在太空中建造一个巨大的电磁铁来偏转太阳风。 或者有可能用超导体环绕火星并创造一个人造磁层。 当然,我们距离实施这些解决方案中的至少一个还很遥远。 那么我们将来是否能够改造火星并使其更加宜居? 当然,从科学的角度来看,这是可能的——我们没有阻止它发生的基本物理定律……

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为什么所有这些科学家?

火星改造的场景甚至更多,但最大的问题是我们为什么要真正考虑它? 除了冒险的前景和人类正在重振大胆太空探索时代的想法之外,还有几个原因促使人们提议对火星进行地形改造。 首先,人们担心人类对地球的影响会带来灾难性的后果,如果我们要长期生存,就必须创建一个“后备站点”。 更不用说科技的发展能给大家带来的直接好处了。 其他原因是有可能扩大我们的资源基础并成为一个不必担心资源枯竭的文明。 火星上的殖民地将允许在红色星球上进行采矿,那里的矿物质和水冰丰富且可以使用。 火星基地也可以作为使用小行星带的起点,这将使我们能够获得适量的矿物质,使它们几乎永远丰富。

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撇开人类意志和真正的天文成本这个明显的问题不谈,有必要了解,只要人类存在,这种尝试就会继续下去。 正如美国国家航空航天局在上述 1976 年的论文中所报告的那样:“尚未发现火星支持地球生态系统的能力存在根本的、不可逾越的限制。 缺乏含氧大气将阻止人类在没有事先行动的情况下生活在火星上。 表面现有的强紫外线辐射是另一个严重的障碍。 在光合生物的帮助下,可以在火星上创造合适的含氧大气层。 不过,营造这种气氛所需要的时间,甚至可能是……几百万年。”

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与此同时,科学家们一致认为,可以通过创造特别适应火星恶劣环境的极端微生物、产生温室效应并融化极地冰盖来大幅缩短这一时期。 不过,火星转变所需的时间,恐怕仍需数百年或数千年。 然而,如果机会出现,没有什么能阻止我们现在开始这个过程。 筹备和前期工作所产生的科技效益是巨大的。

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Yuri Svitlyk
Yuri Svitlyk
喀尔巴阡山脉之子、不为人知的数学天才、“律师”Microsoft,实用的利他主义者,左右
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阿尔伯特
阿尔伯特
2年前

我邀请大家飞向火星!

Vladyslav Surkov
行政
Vladyslav Surkov
2年前

我们正在等待在火星上分配地块。

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