除了地球之外，火星是太陽系中最適合居住的行星。但對許多物種來說，這仍然是一個充滿敵意的世界。首先是因為火星的表面太過于寒冷，導致水無法維持在液態，而液態水通常被認為是已知生命可以生存的先決條件；另外，由于火星的大氣太過于單薄，無法抵御紫外線，會對生命構成威脅。所以，人類一直夢想著能夠通過改變火星的氣候，將它變成一顆適合人類居住的星球。
卡爾·薩根（Carl Sagan）是第一個在科幻小說之外提出“星球改造”的科學家。在1971年的一篇論文中，薩根就提出了第一個將火星變成地球，或者將火星變成一個適宜人類居住的地方的可行設想。他指出，在火星的北極，夏季殘余的霜凍厚度約為1公里，如果它們全部蒸發掉，那么釋放到大氣中的水蒸氣和二氧化碳就可能會產生溫室效應，將火星表面的溫度升高到液態水足以存在的程度。
○ 上個世紀七十年代，NASA海盜號”眼中“的火星。| 圖片來源：NASA/JPL
一些研究人員和未來學家受到薩根的啟發，他們開始認真思考星球改造的想法。其關鍵的問題是：火星上是否擁有足夠的溫室氣體和水，可以將火星的大氣壓強提高到與地球相當的水平？
2018年，一篇發表在《自然天文》期刊上的研究發現，即便將火星上所有可用的資源都進行處理，也只能將火星的大氣壓強提高到地球水平的7%左右——這遠遠低于適宜人類居住所需要的壓力。
如此看來，將火星變成地球似乎是一個無法實現的夢。
現在，來自哈佛大學、NASA噴氣推進實驗室（JPL）和愛丁堡大學的研究人員有了一個新的思路：與其試圖一次性改變整個火星，是否有可能先對火星進行小范圍的改造。論文的第一作者Robin Wordsworth在接受space.com的采訪時說到：“我們想要思考的是在十年的時間尺度上能實現的東西，而不是在未來幾個世紀才能實現，或者可能永遠無法實現的東西。”
研究人員認為，火星表面的某些區域可以通過利用一種名為二氧化硅氣凝膠（silica aerogel）的物質而變得宜居，這種物質可以模仿地球大氣中的溫室效應。通過建模和實驗，研究人員發現厚度為2~3厘米的二氧化硅氣凝膠就可以做到隔絕有害的紫外線輻射，讓足夠的可見光穿透使光合作用得以進行，以及在無需任何內部熱源的情況下，將二氧化硅氣凝膠之下的溫度永久地提高的水的熔點以上。
Wordsworth說：“這種區域性的將火星變得宜居的方法比全球性的大氣改造更易實現。與之前將火星改造得宜居的想法不同，這是一種可以用我們已有的材料和技術進行系統性地開發和測試的東西。”
○ 火星上的極地冰蓋是由凍結的水和二氧化碳結合而成的。凍結的二氧化碳也能在讓陽光穿透的同時吸收熱量。在夏日，這種固態的溫室效應在冰層下會形成一塊塊溫暖的區域，也就是圖中所示的冰層中的黑點。| 圖片來源：SEAS
這種想法實際上是受到了一種火星上的現象的啟發。
火星上的冰蓋是由水冰和凍結的二氧化碳結合而成的，這與地球上由水冰構成的冰蓋是不一樣的。與氣態的二氧化碳一樣，凍結的二氧化碳在讓陽光穿透時也會將熱量困住。在夏天，這種固態的溫室效應會在冰層下導致小范圍的升溫。
Wordsworth說：“我們開始考慮這種固態的溫室效應，并思考如何能利用它來創造未來火星上的宜居環境。我們開始思考什么樣的材料可以將導熱系數降到最低，同時又能傳輸盡可能多的光。”
研究人員最后將目光落在了二氧化硅氣凝膠上，這是已創造出的最絕緣的材料之一。二氧化硅氣凝膠的多孔性高達97%，這意味著光可以穿過這種材料，但二氧化硅相互連接的納米層阻隔了紅外輻射，大大減緩了熱傳導。如今，這類氣凝膠已被用于多項工程應用中，其中就包括用在NASA的火星探測漫游者上。
通過模擬火星表面的模型和實驗，研究人員證明，用一層薄薄的二氧化硅氣凝膠就可以使火星中緯度地區的平均溫度上升到等同于地球的水平。
Wordsworth說：“在一片足夠大的區域里，你不需要任何其他的技術或物理，只需要在地表覆蓋這樣一層物質，在它的下面就可以擁有永久的液態水。”
這種材料可以用來在火星上建造可居住圓頂，甚至有可能建造出自給自足的生物圈。由此或許會產生一系列非常有趣的工程學問題。接下來，研究小組的目標是在地球上，在類似火星氣候的條件下對這種材料進行測試，比如在南極洲或智利的干谷。
Wordsworth指出，任何與將火星改造得適合人類和地球生命居住有關的討論，都會衍生出重要的與行星保護相關的哲學和倫理問題。
比如如果我們想要在火星表面生存，那么我們是否可以確定那里有沒有已經存在的生命？如果有，我們如何應對那些生命？一旦我們決定讓人類登上火星，這些就都將成為不可避免的問題。
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