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，在火星上的人口規模有可能達到100萬人，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，但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就有的資源，比如土壤，來生產磚塊、橫梁等結構材料。但是，火星土壤與地球土壤存在本質上的區別，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的存在。在地球上，土壤中的有機質一般來源于動物、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，進行了生產結構材料的實驗。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。研究發現，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在一起呢？研究者在電子顯微鏡下發現，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，能使土壤黏結在一起。

眾所周知，火星是一顆紅色的行星。而紅色基調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現，火星土壤主要為玄武質砂粒，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。

實驗發現，利用火星土壤，采用一步壓磚的方式，在30～50兆帕的壓力下，用靜態加壓或沖擊加壓的方式，都可以生產出磚塊。其中，氧化鐵納米顆粒提供了土壤顆粒之間主要的黏結力。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，之后根據火星土壤的物理性質和化學組成，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，但實際上已經進行了40多次火星探測，獲得了大量的火星土壤的探測數據。不僅如此，在地球上也收集了許多來自火星的隕石。可以確定地說，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據表明，火星土壤略微呈堿性，合有大量的營養元素，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，發現存在高氯酸鹽，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