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趣味科学:通过二氧化硅气凝胶就可以改造火星环境?
2020年06月12日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:466
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就连小朋友都知道,火星是太阳系除了地球以外最适合人类生存的地方。但即便如此,只要你一查资料,就会发现它的环境还远不到人类可以生存的标准。

人类火星基地概念图 

人类火星基地概念图

火星殖民 

来源:维基百科“火星殖民”词条

温度太低,几乎没有液态水,这些都是让人类及植物无法生存的原因。不过近年来,有科学家们脑洞大开地提出:“或许二氧化硅气凝胶能够使火星变得宜居!

二氧化硅气凝胶 

二氧化硅气凝胶

是瞎说还是口说有凭?

空口无凭下结论,肯定谁也不信。但在知道二氧化硅气凝胶是怎么跟改造火星扯上关系之前,首先我们要了解一下火星的地理构造。

我们都知道导致地球气候变暖的重要原因就是因为二氧化碳的过度排放。但在火星上,接近80%的二氧化碳与水冰一同被冻结在两极,不过这些冻结的二氧化碳仍然可被阳光穿透且吸收热量。于是科学家就有了这样的一个构思,如果他们不试图改变整个火星的环境,而是通过增加局部区域的二氧化碳浓度来逐渐改变那里的环境,是否就能建立起一个小型的、温度适宜的、液态水能够存在的生活区?

火星两极的二氧化碳吸收热量 

在夏季,火星两极的二氧化碳会吸收阳光的热量,这种固态温室效应会使冰层下形成小块变暖区域,在这里可以看到冰层上的黑点。(图片来源:NASA)

他们这种思路背后的关键就是二氧化硅气凝胶,它是有史以来绝缘性最好的材料之一,是一种性能优异的多孔材料,几乎完全由空气构成(大约99.8%是空气)。这意味着光可以穿过这种材料,但是相互连接的二氧化硅纳米层会阻挡红外线,大大减慢热传导的速度。目前气凝胶现在已经应用于几个工程领域,包括美国宇航局的火星探测车,它们被用来保持敏感电子设备的温度。

研究人员建立了模拟在火星上条件的实验。他们用两种硅气凝胶进行实验: 颗粒和瓷砖,发现无论哪种状态的气凝胶,只要在它们的“庇护”下,就都能有效地提高温度且阻挡危险的紫外线辐射(如对人体危害最大的UVC)。也就是说,只需要2至3厘米的二氧化硅气凝胶薄层,就可以在火星表面建起一个由二氧化硅气凝胶构成的“穹顶”,既让阳光穿透,为光合作用提供足够的阳光;又能阻挡热量流失,使水冰和冻结的二氧化碳融化,让被其覆盖的地区永久性变暖,变成一种适合居住的环境——类似地球上的温室,水保持液态,植物可以生长。

通过二氧化硅气凝胶改造火星环境示意图 

一层薄薄的低导热性半透明材料既可透射可见光,又能阻挡了紫外线和红外线而且由于热扩散的原因,地下宜居区域的深度会随时间而增加。

“不需要其他技术或物理学,只需要在表面上铺一层这种东西,在下面就会有永久的液态水,”哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院和地球与行星科学系环境科学与工程助理教授罗宾·沃兹沃斯说。“从中可以产生许多有趣的工程问题。”但显然,距离实现有很长的距离,下一步研究人员打算在地球上类似火星的地方测试一下二氧化硅气凝胶的可靠性,如智利和南极洲的干旱山谷。

资料来源:universetoday

粉体圈 Coco编译

 

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