原標題:火星土壤能制磚移民 紅色星球蓋樓不再難
太陽系內,有顆紅色星球一直是科學家們的“心頭好”,它就是火星。它的表面覆滿沙丘,礫石遍佈,是個名副其實的沙漠行星。雖然,2015年美國宇航局宣佈,發現火星上有流動的液態水,但它大氣稀薄,氣候寒冷,二氧化碳和沙塵終年不斷。想要變成適宜人居的星球,首先需要搭建防範塵暴的堅固建築。來自美國加州大學的工程師最新證明,火星土壤能夠用來製造磚頭,而且品質不錯!
一種用火星土壤製成磚頭的方法
據美國科技部落格“起點網”最新報道,美國加利福尼亞大學聖地亞哥分校的工程師們,受美國航空航太局NASA資助,研發出一種用火星土壤製成磚頭的方法。相關論文已發表于4月27日的《自然科學報告》雜誌上。
火星是眾多科幻作品中,人類移民的最終目的地。人們幻想在火星上建立樂園,但達成目標的困難不少,主要集中在兩個方面:第一是火星大氣層很少,第二是火星沒有完整磁場。後者可以通過人造磁場或引入人造月球來解決,但前者卻需要足夠設備培育植物,重構大氣。
有人疑惑,難道要用飛船往返運輸地球物資到火星嗎?這方法雖可行,但不現實。因為火星軌道呈橢圓形,與地球間的距離始終在變化,最近距離約為5500萬公里,最遠距離則超過4億公里。現有飛船到達火星最快要用7個月,來回平均要花2年左右。一旦火星移動到遠距離位置後,飛行時間將變得更長。
所以,NASA認為與其運輸物資,不如利用當地資源,比如火星土壤。火星表面的土壤中含有大量氧化鐵,在太陽光紫外線的長期照射下,已經固化為一層紅黃相間的氧化物。研究者提出,將這樣的火星土壤轉化為堅固的建築材料,並不需要像在地球上那樣使用磚窯或添加劑,而是施力壓縮土壤即可,相當於“來一錘子”那樣簡便。
火星磚頭的強度甚至超過了鋼筋混凝土
加州大學工程師們最初的研究目的並非火星,而是制磚,即如何減少工廠制磚過程中用到的聚合物,因此使用火星土壤模擬物進行實驗。後者是地球各類岩石的集合,化學成分與火星塵土相似,顆粒大小也與之相近。工程師們對模擬材料研究了一段時間之後,發現只需添加適當壓力就足以使土壤變成細小而堅硬的塊狀物,其強度甚至超過了鋼筋混凝土。
研究論文的第一作者表示,火星探險者們非常勇敢,必將成為移民的先驅者,能夠成為他們的制磚供應商,自己感到非常榮幸。具體的制磚過程可分為兩個步驟,第一步是將土壤放置在彈性容器中,比如橡膠管,第二步是進行強力壓縮,比如用一個5公斤重的錘子從1米高處落下就能壓縮好一塊扁平的圓形土壤樣品。
來自聖地亞哥分校,擔任該項目首席研究員的結構工程師在採訪中表示,這與在地球上製作建築材料顯著不同。通常情況下,土壤顆粒必須與一些特殊類型的黏合劑混搭,才能保持剛性。黏合劑的作用有點像膠水,能把材料固定在一起。在火星土壤模擬物中,恰好有一種特殊的化學成分,如同天然黏合劑一樣,使實驗土壤被壓實後,具備強度。
他還表示,火星土壤模擬物的性質與真正的火星土壤還是有本質上的差異,但如果新的制磚技術被證明可能適用於火星土壤,這對任何一位夢想移民火星的人來說都是好消息。未來,人們在火星上的生活將需要大量設備,單純依靠地球發射運輸的話,不僅流程複雜而且代價昂貴。生活離地球越遠的人,就應當越少依賴運輸材料,否則無法開拓生存空間。
壓制火星土壤磚還需要更多研究支援
喬恩·拉斯克是NASA的一名生命科學家,他笑稱,帶上一個錘子就能在火星上打造堅固的“積木”,此後人們可以盡情想像探險家們在火星上揮舞錘子的模樣。
過去,NASA一直在計劃重返月球,於是工程師們也一直在尋找如何將月球土壤模擬物變成建築材料的方法。然而與火星土壤不同,月球土壤需要黏合劑才能粘在一起。需要的黏合劑越多,從地球運來的貨物越多,因此研究團隊一直在尋找盡可能少用黏合劑的方法。過去建築材料大約需要15%的黏合劑,現在通過先進的壓縮技術,只需3%的黏合劑含量就能製造出強大的月球磚材料。
2010年後,NASA將研究焦點轉移到火星,發現同樣的壓縮模式對火星土壤模擬物也非常有效。起初,研究者發現只要6%的黏合劑就能使之成磚,之後為測試土壤成磚的臨界值,又持續減少黏合劑用量,結果發現火星土壤本身就能粘在一起。土壤中的氧化鐵被壓碎時,很容易就斷裂,形成乾淨平坦的表面。當表面被緊實壓密時,可以形成高強度抗壓界面。
火星土壤一旦能用來制磚,就可以修建火星上的飛行器著陸處。但研究者也指出,制磚並不是一個完整的解決方案,畢竟還未能在火星上建成任何房屋。研究組只是製作了微型磚,更大體積的火星磚也許功能並不好,黏合性能持續多久也尚不清楚。此外,土壤磚中的顆粒物會逐漸散佈到空氣中,一旦顆粒物過大,就會導致健康問題,其中含有的高氯酸鹽成分也對人體甲狀腺有毒性作用。因此,壓制火星土壤磚還需要更多研究支援,以了解使用風險。
[責任編輯：韓靜]
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