火星土壤

曾小家

什么是火星土壤？

火星土壤是指火星表面松散、未固結的土狀細粒物質，普遍分布于火星的表面。與塊狀的火星巖石和基巖不同，火星土壤通常由微米級到厘米級的顆粒物質組成，主要為硅酸鹽礦物、鐵氧化物、次生礦物、非晶質等物質?；鹦峭寥朗腔鹦潜砻鎺r石長期風化（風、水、冰、溫度變化等）的產物，形成火星土壤的過程包括物理風化和化學風化作用，通常包括：撞擊破碎、礦物碎裂和風蝕作用等物理過程以及氧化、水合、碳酸鹽化和溶解等化學過程。早期火星存在大量液態水的時期，化學風化可能是形成火星土壤的主要過程，而在火星液態水消失的后期，火星土壤形成過程則以物理風化過程為主。

火星土壤表面為什么看起來是紅色？

火星土壤表面之所以呈現出紅色，主要是因為火星土壤表面分布著一層細顆粒的塵埃物質，這些塵埃物質中含有大量的鐵氧化物（如：三氧化二鐵），顆粒大小通常僅有幾十微米，比頭發的直徑還小。由于微米級大小的三價鐵氧化物能把可見光中大多數的紅光波段都反射了出去，而對其他顏色的波段進行吸收，因此我們看到火星土壤就表現出了類似于鐵銹的紅色。

火星土壤探測

為了對火星土壤的性質進行分析探測，科學家們利用火箭向火星表面發射了火星車和火星著陸器?；鹦擒嚭突鹦侵懫魃贤ǔ６即钶d了大量的科學分析設備，能夠對火星表面的土壤和巖石進行分析，例如，火星車上通常都有相機，類似于人的眼睛，能夠對火星表面的物質進行觀察和拍照；有些著陸器上還有機械臂，類似于人的手，用來挖取火星表面的土壤樣品。火星車和火星著陸器可以獲得豐富的火星土壤科學數據，主要包括：物質組成、元素成分、物理性質、力學性質、磁性、揮發分、有機質、同位素組成等。科學家們通過對這些數據進行深入研究，能夠對火星表面的地質過程、環境變化、氣候特征等都有深入的認識和理解。

目前美國NASA已經成功地發射了8個火星著陸器或火星車，對火星表面的土壤進行了分析探測。中國也計劃在今年（2020年）實施首次火星探測任務，該任務被命名為“天問一號”，將同時實現火星的環繞探測、著陸探測和巡視探測，火星表面土壤的探測也是我國此次火星探測任務的科學目標之一。

火星土壤模擬樣品

目前，人類尚未獲得真實的火星土壤樣品，僅收集到200多塊火星隕石。而在火星探測工程實施與火星科學研究中，需要利用火星土壤樣品開展相關地面實驗研究，因此，為了滿足火星探測工程實施與火星科學研究對火星樣品的需求，科學家們就利用地球上的巖石和礦物，加工出了與真實火星土壤具有類似物質組成、顆粒大小、物理與力學性質相似的地球模擬物，這種物質被稱為“火星土壤模擬樣品”?；鹦峭寥滥M樣品通常被應用于探測載荷定標、著陸系統的設計、巡視器地面行走試驗、探測設備測試與驗證、宇航服設計以及其它與火星探測有關的地面模擬實驗和科學研究之中。

未來火星土壤的開發利用

隨著火星探測的持續開展，人類在不久的將來有希望在火星上建立基地，為了支撐宇航員在火星上的生存，火星土壤被認為是未來可被開發利用的重要資源。具體包括：1）由于火星土壤為細顆粒的物質，因此可以作為火星基地建設的建筑材料；2）火星土壤中含有大量的鐵，鐵含量可達20 wt%左右，科學家們已試圖通過攻克一系列關鍵技術，從火星土壤中開采出可用的鐵；3）隨著3D打印技術的發展，該技術被認為可用于未來火星基地的建設之中。利用火星土壤模擬樣品開展3D打印，可以制備出復雜形態的構件；4）科學家們利用火星土壤，在模擬的火星條件下，已經成功地種植出了西紅柿、蘿卜、豌豆、小麥、芝麻菜和裸麥等農作物，說明了電影《火星救援》中在火星上種植土豆具有一定的可行性。（編輯/高緯時）