求解求方案，如何在火星上做出蓋房子的磚？

鄭永春

移民美國已經(jīng)OUT了，想移民就移去火星吧。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(guī)模有可能達到100萬人，從而使人類實現(xiàn)在地球之外的跨星球生存。如何大規(guī)模移居火星，其實是一個很大的問題，但首先要考慮的就是居住的問題。沒錯，就是蓋房子！其中現(xiàn)實可行的方案則是就近利用火星上原本就有的資源，比如土壤，來生產(chǎn)磚塊、橫梁等結(jié)構(gòu)材料。但是，火星土壤與地球土壤存在本質(zhì)上的區(qū)別，雖然都是由巖石風化而成，但相比地球上的土壤，人類在火星土壤中沒有探測到有機質(zhì)的存在。在地球上，土壤中的有機質(zhì)一般來源于動物、植物和微生物等有機體的腐爛分解。用風化層描述火星土壤可能更為準確。因此，如何把這樣的火星土壤做成磚頭，成了科學家們研究的課題。下面，就來看看科學家怎樣變身“制磚工人”吧。

火星制磚第一步：壓碎石塊

此前，已經(jīng)有科學家進行了火星制磚的探索，但都需要加入一定比例的添加劑，或者需要進行高溫煅燒。最新的研究卻表明，不需要加入添加劑，直接用“錘擊”加壓即可成型。

在這項研究中，研究者采用一種代號為Mars-1a的模擬火星土壤，進行了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)材料的實驗。在相關論文中，研究者展示了其中一塊采用靜態(tài)加壓、剛性模子的方式生產(chǎn)的磚塊。磚塊寬度約為1厘米，長度為3～4厘米。

為了造出這塊磚，“制磚工人”需要先將模擬火星土壤中的石塊壓碎。研究發(fā)現(xiàn)，在壓磚前，模擬火星土壤的顆粒大小為25～45微米。因為火星土壤中的石塊大多為玄武巖，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。因此，在壓磚過程中，土壤中的石塊都會被壓碎，壓成磚塊后，其中大部分顆粒的直徑都會小于10微米。

獲得這些細沙土之后，就是最重要的部分了，怎么讓松散的沙土變成一塊方方正正的磚？

氧化鐵顆粒：最好的黏合劑

因為玄武巖在磚塊中的作用就像沙子—樣，并不能提供黏結(jié)力，所以一般使用這--種直接壓制方式生產(chǎn)的磚塊，都需要添加劑來進行黏合。而這次，

“制磚工人”卻沒有使用添加劑！為什么這些細顆粒能黏結(jié)在一起呢？研究者在電子顯微鏡下發(fā)現(xiàn)，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，能使土壤黏結(jié)在一起。

眾所周知，火星是一顆紅色的行星。而紅色基調(diào)為主的火星地貌特征，主要是因為存在鐵的氧化物或氫氧化物。通過分析火星的表面土壤成分發(fā)現(xiàn)，火星土壤主要為玄武質(zhì)砂粒，并混合了灰塵和細粒鹽。透亮的灰塵主要為納米級鐵氧化物，尤其是赤鐵礦成分。

實驗發(fā)現(xiàn)，利用火星土壤，采用一步壓磚的方式，在30～50兆帕的壓力下，用靜態(tài)加壓或沖擊加壓的方式，都可以生產(chǎn)出磚塊。其中，氧化鐵納米顆粒提供了土壤顆粒之間主要的黏結(jié)力。如果在土壤中加入纖維等加強筋，還可以進一步提高磚塊的強度。

在火星上真能造出這樣的磚嗎

看到這里，那些求知欲旺盛的好奇寶寶就會問了：你這是在地球上模擬“火星制磚”，真到了火星上也能成功嗎？

答案是肯定的！因為拿來制磚的這些土壤，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巖石和礦物中獲得，之后根據(jù)火星土壤的物理性質(zhì)和化學組成，進行了一定的加工改造，最真實地模擬火星的土壤。

那么，我們是怎么了解火星土壤特征的呢？

雖然人類未曾登陸火星，但實際上已經(jīng)進行了40多次火星探測，獲得了大量的火星土壤的探測數(shù)據(jù)。不僅如此，在地球上也收集了許多來自火星的隕石?？梢源_定地說，火星是除地球外，人類了解最為透徹的一顆行星。

很多人對火星上種土豆最感興趣，美國“鳳凰”號火星探測器的探測數(shù)據(jù)表明，火星土壤略微呈堿性，合有大量的營養(yǎng)元素，如鎂、鈉、鉀、氯化物，這些都是植物生長需要的元素。科學家對火星土壤和地球上適宜植物生長的土壤進行了比較，認為火星土壤可以適合植物的生長。然而，“鳳凰”號進行了簡單的化學實驗，混合地球上的水測定火星土壤的pH值，發(fā)現(xiàn)存在高氯酸鹽，pH值在7.7左右，最高達到8.3，呈弱酸性。也有科學家認為，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(jié)果，因此確定火星土壤是否含有高氯酸鹽非常必要。

2020年，中國也將發(fā)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，盡可能充分地了解火星表面的環(huán)境特征和土壤的承載能力等基本情況。對火星的情況了解得越充分，我們登陸火星就越有把握。endprint