火星改造一二事

王燦（2003—），男，漢族單 位：重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究方向：材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)與創(chuàng)新思維方法

張育新（1978—），男，漢族單 位：重慶大學(xué)職務(wù)職稱：重慶大學(xué)研究生院副院長，教授研究方向：硅藻新材料的制備與應(yīng)用

張翔（1987—），男，漢族單 位：重慶大學(xué)職務(wù)職稱：重慶大學(xué)本科生院學(xué)生創(chuàng)新管理辦公室主任，助理研究員研究方向：科學(xué)傳播及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

未來，由于全球變暖等因素，地球可能面臨冰川融化、陸地減少和大氣中二氧化碳增多等困境，人類可能不得不尋找新的生存空間?；鹦?，作為太陽系八大行星之一，因與地球相似，成為人類改造和移民的目標(biāo)。然而，火星大氣中95.3%的氣體是二氧化碳，因此，要將其改造成適宜人類居住的環(huán)境，必須降低二氧化碳含量、提高氧氣濃度。以下是科研工作者提出的兩種改造火星大氣的可行方法。

一種方法是利用藻類進(jìn)行光合作用轉(zhuǎn)化二氧化碳，這需要人們先了解藻類的種類及特性。藻類大多屬于原生生物，分為真核生物和原核生物。它能進(jìn)行光合作用，即通過吸收光能，將二氧化碳和水合成有機(jī)物并釋放氧氣，從而實(shí)現(xiàn)在火星上生產(chǎn)氧氣。因此，可以通過自然選擇在類火星土壤和大氣條件下培養(yǎng)各種藻類，篩選出適應(yīng)火星環(huán)境的藻類，這種方法盡管需要大量的研究與實(shí)驗(yàn)，但具備可行性。

其中，藻類的選擇須考慮多種因素，例如耐旱性、對(duì)高濃度二氧化碳的適應(yīng)性等。目前，部分藍(lán)藻已被證明在極端條件下能夠存活，這為在火星上利用藻類進(jìn)行光合作用生產(chǎn)氧氣提供了可能?？茖W(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室模擬火星環(huán)境，以篩選出最適合的藻類，這些藻類不僅要能夠在火星的低溫、低壓環(huán)境中存活，還須能高效進(jìn)行光合作用，轉(zhuǎn)化大量的二氧化碳。此外，為了增強(qiáng)藻類的光合作用效率，科研工作者提出考慮基因工程手段。通過基因編輯，優(yōu)化藻類的光合作用路徑，提高其光能轉(zhuǎn)化效率，從而加速火星大氣的改造進(jìn)程。當(dāng)前，基因編輯技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，應(yīng)用于火星改造無疑是其未來的重要發(fā)展方向之一。

另一種方法是人工光合作用，即利用某種材料將光能轉(zhuǎn)化為電能，從而進(jìn)行氧化還原反應(yīng)生成精密化學(xué)物質(zhì)。科學(xué)家們已經(jīng)在這一領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。例如，美國麻省理工學(xué)院的研究人員合成了一種鈷、磷催化劑，可以通過人工光合作用將水分解成氫氣和氧氣；中國科學(xué)家鞏金龍團(tuán)隊(duì)利用人工光合作用技術(shù)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇等物質(zhì)；伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的團(tuán)隊(duì)成功利用“人工樹葉”技術(shù)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可用于制備燃料的物質(zhì)。

人工光合作用的核心在于模擬自然界的光合作用過程，將太陽能高效地轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。目前，研究者們正在開發(fā)多種新型材料和催化劑，以提高人工光合作用的效率和穩(wěn)定性。例如，鈣鈦礦材料由于其優(yōu)異的光電性能，被認(rèn)為是未來人工光合作用的重要材料之一。這些材料能夠在寬光譜范圍內(nèi)高效吸收光能，從而提高光能的利用效率。為了進(jìn)一步提升人工光合作用的效率，研究者們還在探索多層復(fù)合材料和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。在催化劑表面設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)，可以顯著增加光吸收面積和反應(yīng)活性位點(diǎn)，從而提高光合作用效率。這些前沿技術(shù)的應(yīng)用，有望在未來大幅提高人工光合作用的實(shí)際應(yīng)用效果，使其成為改造火星大氣的有力工具。此外，人工光合作用不僅能解決火星大氣改造問題，還可以為火星移民提供可再生能源。例如，通過光合作用將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為甲醇等燃料，可以為火星移民提供清潔能源，減少對(duì)地球資源的依賴。這一多功能性，使得人工光合作用成為未來火星移民的重要技術(shù)手段之一。

解決火星改造技術(shù)的理論問題后，實(shí)際應(yīng)用的挑戰(zhàn)同樣不容忽視?；鹦翘綔y器的任務(wù)之一就是為火星改造提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。2021年7月，中國作為新時(shí)代航天強(qiáng)國發(fā)射了天問一號(hào)，攜帶祝融號(hào)火星車登陸火星，拍攝了人類歷史上第一段火星車在火星表面移動(dòng)的過程影像。這些數(shù)據(jù)不僅有助于了解火星的地質(zhì)和大氣情況，還為模擬真實(shí)火星環(huán)境提供了寶貴的參考。火星探測的成果為在地球上模擬火星環(huán)境創(chuàng)造了條件?？茖W(xué)家們可以利用這些數(shù)據(jù)，建立精確的火星環(huán)境模擬裝置，進(jìn)行藻類光合作用和人工光合作用的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)將有助于驗(yàn)證理論模型，優(yōu)化改造方案，為未來的實(shí)際應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

改造火星的目標(biāo)雖然宏大，但并非不可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前，科學(xué)家們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域的努力，已經(jīng)為這一目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。從藻類的篩選與基因編輯，到新型材料和催化劑的開發(fā)，再到火星探測數(shù)據(jù)的應(yīng)用，每一步都是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。未來的火星改造，將是多學(xué)科合作的結(jié)晶，需要一代代科研工作者的持續(xù)努力。

解決地球面臨的環(huán)境問題以及實(shí)現(xiàn)改造火星的設(shè)想，雖然目前仍需大量研究和實(shí)驗(yàn)，但已有了一些眉目。想要真正實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要一代代人的前赴后繼和不懈努力。愛因斯坦曾說：“想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉?！睂?duì)新時(shí)代的青年而言，豐富的想象力是寶貴的財(cái)富。只要敢想敢做，并為目標(biāo)不斷努力，一切終將實(shí)現(xiàn)。