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(guó)已經(jīng)OUT了，想移民就移去火星吧。預(yù)計(jì)2030年左右，人類將首次登陸火星，未來(lái)100年，在火星上的人口規(guī)模有可能達(dá)到100萬(wàn)人，從而使人類實(shí)現(xiàn)在地球之外的跨星球生存，

如俺大規(guī)模移居火星，其實(shí)是一個(gè)很大的問(wèn)題，但首先要考慮的就是居住的問(wèn)題，沒(méi)錯(cuò)，就是蓋房子！其中，現(xiàn)實(shí)可行的方案是就近利用火星上原本就有的資源，比如土壤，來(lái)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(fēng)化而成，但相比地球上的土壤，火星土壤中沒(méi)有探測(cè)到有機(jī)質(zhì)的存在，在地球上，土壤中的有機(jī)質(zhì)一般來(lái)源于動(dòng)物、植物和微生物等有機(jī)體的腐爛分解，因此，用風(fēng)化縣描述火星土壤可能更為準(zhǔn)確。

于是，如何把這樣的火星土壤做成磚頭，成了科學(xué)家研究的課題，下面，就來(lái)看看科學(xué)家怎樣變身“制磚工人”吧，

火星制磚第一步是壓碎石塊

此前，已經(jīng)有科學(xué)家進(jìn)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(jìn)行高溫煅燒。但是最新的研究卻表明，不需要加入添加劑，直接用“錘擊”加壓即可成型。

在這項(xiàng)研究中，研究者采用一種代號(hào)為Mars-1A的模擬火星土壤，進(jìn)行了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)材料的實(shí)驗(yàn)。在相關(guān)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(zhǎng)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?yàn)榛鹦峭寥乐械氖瘔K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(shí)驗(yàn)中使用三四十兆帕的壓力。因此，在壓磚過(guò)程中，土壤中的石塊科學(xué)家先制造出這種圓形“土餅”，再經(jīng)過(guò)加工就成為“火星磚”都會(huì)被壓碎，壓成磚塊后，其中大部分顆粒的直徑都會(huì)小于10微米。

獲得這些細(xì)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？

氧化鐵顆粒成了最好的黏合劑

因?yàn)樾鋷r在磚塊中的作用就像沙子一樣，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(lái)進(jìn)行黏合。

而這次，“制磚工人”卻沒(méi)有使用添加劑！為什么這些細(xì)顆粒能黏結(jié)在一起呢？他們?cè)陔娮语@微鏡下發(fā)現(xiàn)，其中起到關(guān)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(jí)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?yàn)榇嬖阼F的氧化物或氫氧化物。通過(guò)分析火星的表土成分發(fā)現(xiàn)，火星土壤主要為玄武質(zhì)砂粒，并混合了灰塵和細(xì)粒鹽。透亮的灰塵主要為納米級(jí)鐵氧化物，尤其是赤鐵礦成分。

實(shí)驗(yàn)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(qiáng)筋，還可以進(jìn)一步提高磚塊的強(qiáng)度。

在火星上真能造出這樣的磚嗎

看到這里，那些求知欲最旺盛的好奇寶寶就會(huì)問(wèn)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?yàn)槟脕?lái)制磚的這些土壤，正是以真正的火星土壤為模擬對(duì)象的！當(dāng)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(xué)組成，進(jìn)行了一定的加工改造，最真實(shí)地模擬了火星的土壤。

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(shí)際上已經(jīng)進(jìn)行了40多次火星探測(cè)，獲得了大量的火星土壤的探測(cè)數(shù)據(jù)。不僅如此，在地球上也收集了許多來(lái)自火星的隕石。可以確定地說(shuō)，火星是除地球外，人類了解最為透徹的一顆行星。

很多人對(duì)火星上種土豆最感興趣，美國(guó)“鳳凰”號(hào)火星探測(cè)器的探測(cè)數(shù)據(jù)表明，火星土壤略微呈堿性，含有大量的營(yíng)養(yǎng)元素，如鎂、鈉、鉀、氯化物，這些都是植物生長(zhǎng)需要的元素。科學(xué)家對(duì)火星土壤和地球上適宜植物生長(zhǎng)的土壤進(jìn)行了比較，認(rèn)為火星土壤可以適合植物的生長(zhǎng)。然而，“鳳凰號(hào)”進(jìn)行了簡(jiǎn)單化學(xué)實(shí)驗(yàn)，混合地球上的水測(cè)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(dá)到8.3，呈弱酸性。也有科學(xué)家認(rèn)為，可能是飛船或儀器載入過(guò)程等地面因素影響了這次測(cè)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(guó)也將發(fā)射火星探測(cè)器奔赴火星。中國(guó)科學(xué)家目前正在積極開(kāi)展相關(guān)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。只有對(duì)火星的情況了解得越充分，我們登陸火星才越有把握。

（責(zé)任編輯：白玉磊 責(zé)任校對(duì)：夏越）endprint