地球買不起房子？先學習在火星自己蓋！

撰文：鄭永春

《太空聯盟》曾轉載過一篇文章，各國航天局局長討論先探索月球還是火星，大多航天局局長從可行性的角度出發，認為先探索月球是不錯的選擇，但如果要實現大規模移居，太陽系內只能選擇與地球最為相似的火星了。預計2030年左右，人類將首次登陸火星。未來100年，在火星上的人口規模有可能達到一百萬人，從而使人類實現在地球之外的跨星球生存。

如何大規模移居火星，其實是一個很大的問題，況且我們還沒有登上過火星。但科學家們已經有很多思考，《太空聯盟》的舊文有過一些討論。

在宏觀方面，在《移民火星，這些不得不關注的黑科技》一文中，Metzger教授指出，大規模移居火星的前提，是形成「太空工業經濟」。在微觀方面，《太空聯盟》也探討過太空種菜的問題。

而移民火星，首先要考慮的就是居住的問題。沒錯，就是蓋房子，其中現實可行的方案，則是就近利用火星上原本的資源，比如土壤，來生產磚塊、橫樑等結構材料。此前，已經有學者進行了這方面的探索，但都需要加入一定比例的添加劑，或者需要進行高溫煅燒。而這次報道的研究，不需要加入添加劑，直接加壓成型即可。

而火星「土壤」與地球土壤存在本質區別，雖然都是由岩石風化而成，但相比地球的土壤，火星上的「土壤」中沒有探測到有機質的存在。在地球上，土壤中的有機質一般來源於動物、植物和微生物等有機體的腐爛分解。因此，用風化層（regolith）描述火星「土壤」可能更為準確。

在這次要說的研究中，研究者採用一種代號為Mars-1a的模擬火星土壤，進行了生產結構材料的實驗。論文中展示了其中一塊採用靜態加壓、剛性模子的方式生產的磚塊。磚塊寬度約為1厘米，長度為三四厘米。

圖片來自於參考文獻

這項研究中，需要將模擬火星土壤中的石塊壓碎。研究發現，在壓磚前，模擬火星土壤的顆粒大小約為25-45微米。因為火星土壤中的石塊大多為玄武岩，通常只需要1-10兆帕的壓力就可以壓碎，而實驗中使用三四十兆帕的壓力，這樣土壤中的石塊都會被壓碎，壓成磚塊後，其中大部分顆粒的直徑都會小於10微米。

但玄武岩在磚塊中的作用就像沙子一樣，並不能提供粘結力。所以一般使用這種直接壓制方式生產的磚塊，都需要添加劑來進行粘合。

而這次研究最關鍵的是，不需要添加劑！其中起到關鍵作用的是模擬火星土壤中的氧化鐵顆粒。這種氧化鐵顆粒只有納米級大小，能使土壤粘結在一起。

在火星表面，紅色基調為主的地貌特徵主要是由於鐵氧化物或其他鐵氫氧化物的存在，這些物質形成於數十億年前，表明當時火星環境可能是溫暖濕潤的。現在的火星鐵氧化物，其形成可能是由於太陽紫外線輻射造成。通過分析著陸點的表土成分發現，火星土壤主要為玄武質砂粒，並混合了灰塵和細粒鹽。透亮的灰塵主要為納米級鐵氧化物，尤其是赤鐵礦成份。

實驗發現，利用火星土壤，採用一步壓磚的方式，在約30-50兆帕的壓力下，用靜態加壓或衝擊加壓的方式，都可以生產出磚塊。其中，氧化鐵納米顆粒提供了土壤顆粒主要的粘結力。如果在土壤中加入纖維等加強筋，還可以提高磚塊的強度。

在曾發過的《只有轉基因的人，才能在火星上生存？》文章中，提到過不管是去南極洲還是在國際空間站接受訓練，都無法為人類在火星上定居做好足夠準備。那在地球上模擬在火星「燒磚」真的可以用在真實的火星環境中嗎？

答案是肯定的！因為模擬火星的土壤，正是以真正的火星土壤為模擬對象的！當然原料還是從地球的天然岩石和礦物中獲得，之後根據火星土壤的物理性質和化學組成，進行一定的加工改造，最真實地模擬火星的土壤。

我們在怎麼了解火星土壤的特徵的呢？

雖然人類未曾登陸火星，但人類已經進行了四十多次火星探測，獲得了大量的火星土壤探測數據，不僅如此，在地球上也收集了許多來自火星的隕石。

所以可以確定地說，火星是除地球外，人類了解最為透徹的一顆太陽系行星，科學家已經對火星相當了解了。

很多人對火星上種土豆最感興趣，「鳳凰號」探測數據表明，火星土壤略微呈鹼性，含有大量的營養元素，如鎂、鈉、鉀、氯化物，這些都是植物生長需要的元素。科學家比較了火星土壤的成分和地球上植物生長的土壤，認為火星土壤可以適合植物的生長。然而，「鳳凰號」進行了簡單化學實驗，混合地球上的水測定火星土壤的PH值，發現存在高氯酸鹽， PH值在7.7左右，最高8.3，呈弱酸性。有科學家認為，可能是飛船或儀器載入過程等地面因素影響了這次測試結果，因此確定火星土壤是否含有高氯酸鹽非常必要。

2020年，中國人也將發射火星探測器奔赴火星。中國科學家目前正在積極開展相關研究，儘可能充分地了解火星表面的環境特徵和土壤的承載能力等基本情況。只有我們對火星的情況了解得越充分，我們登陸火星才越有把握。

參考文獻：

Chow, B. J., Chen, T., Zhong, Y. & Qiao, Y. Direct Formation of Structural Components Using a Martian Soil Simulant. Sci. Rep. 7, 1151 (2017).

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！