地球买不起房子？先学习在火星自己盖！

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各国航天局局长曾讨论先探索月球还是火星，大多航天局局长从可行性的角度出发，认为先探索月球是不错的选择，但如果要实现大规模移居，太阳系内只能选择与地球最为相似的火星了。预计2030年左右，人类将首次登陆火星。未来100年，在火星上的人口规模有可能达到一百万人，从而使人类实现在地球之外的跨星球生存。

如何大规模移居火星，其实是一个很大的问题，况且我们还没有登上过火星。而移民火星，首先要考虑的就是居住的问题。没错，就是盖房子，其中现实可行的方案，则是就近利用火星上原本的资源，比如土壤，来生产砖块、横梁等结构材料。此前，已经有学者进行了这方面的探索，但都需要加入一定比例的添加剂，或者需要进行高温煅烧。而这次报道的研究，不需要加入添加剂，直接加压成型即可。

而火星“土壤”与地球土壤存在本质区别，虽然都是由岩石风化而成，但相比地球的土壤，火星上的“土壤”中没有探测到有机质的存在。在地球上，土壤中的有机质一般来源于动物、植物和微生物等有机体的腐烂分解。因此，用风化层（regolith）描述火星“土壤”可能更为准确。

在这次要说的研究中，研究者采用一种代号为Mars-1a的模拟火星土壤，进行了生产结构材料的实验。论文中展示了其中一块采用静态加压、刚性模子的方式生产的砖块。砖块宽度约为1厘米，长度为三四厘米。

图片来自于参考文献

这项研究中，需要将模拟火星土壤中的石块压碎。研究发现，在压砖前，模拟火星土壤的颗粒大小约为25-45微米。因为火星土壤中的石块大多为玄武岩，通常只需要1-10兆帕的压力就可以压碎，而实验中使用三四十兆帕的压力，这样土壤中的石块都会被压碎，压成砖块后，其中大部分颗粒的直径都会小于10微米。

但玄武岩在砖块中的作用就像沙子一样，并不能提供粘结力。所以一般使用这种直接压制方式生产的砖块，都需要添加剂来进行粘合。

而这次研究最关键的是，不需要添加剂！其中起到关键作用的是模拟火星土壤中的氧化铁颗粒。这种氧化铁颗粒只有纳米级大小，能使土壤粘结在一起。

在火星表面，红色基调为主的地貌特征主要是由于铁氧化物或其他铁氢氧化物的存在，这些物质形成于数十亿年前，表明当时火星环境可能是温暖湿润的。现在的火星铁氧化物，其形成可能是由于太阳紫外线辐射造成。通过分析着陆点的表土成分发现，火星土壤主要为玄武质砂粒，并混合了灰尘和细粒盐。透亮的灰尘主要为纳米级铁氧化物，尤其是赤铁矿成份。

实验发现，利用火星土壤，采用一步压砖的方式，在约30-50兆帕的压力下，用静态加压或冲击加压的方式，都可以生产出砖块。其中，氧化铁纳米颗粒提供了土壤颗粒主要的粘结力。如果在土壤中加入纤维等加强筋，还可以提高砖块的强度。

不管是去南极洲还是在国际空间站接受训练，都无法为人类在火星上定居做好足够准备。那在地球上模拟在火星“烧砖”真的可以用在真实的火星环境中吗？

答案是肯定的！因为模拟火星的土壤，正是以真正的火星土壤为模拟对象的！当然原料还是从地球的天然岩石和矿物中获得，之后根据火星土壤的物理性质和化学组成，进行一定的加工改造，最真实地模拟火星的土壤。

我们在怎么了解火星土壤的特征的呢？

虽然人类未曾登陆火星，但人类已经进行了四十多次火星探测，获得了大量的火星土壤探测数据，不仅如此，在地球上也收集了许多来自火星的陨石。

所以可以确定地说，火星是除地球外，人类了解最为透彻的一颗太阳系行星，科学家已经对火星相当了解了。

很多人对火星上种土豆最感兴趣，“凤凰号”探测数据表明，火星土壤略微呈碱性，含有大量的营养元素，如镁、钠、钾、氯化物，这些都是植物生长需要的元素。科学家比较了火星土壤的成分和地球上植物生长的土壤，认为火星土壤可以适合植物的生长。然而，“凤凰号”进行了简单化学实验，混合地球上的水测定火星土壤的PH值，发现存在高氯酸盐， PH值在7.7左右，最高8.3，呈弱酸性。有科学家认为，可能是飞船或仪器载入过程等地面因素影响了这次测试结果，因此确定火星土壤是否含有高氯酸盐非常必要。

2020年，中国人也将发射火星探测器奔赴火星。中国科学家目前正在积极开展相关研究，尽可能充分地了解火星表面的环境特征和土壤的承载能力等基本情况。只有我们对火星的情况了解得越充分，我们登陆火星才越有把握。

参考文献：

Chow, B. J., Chen, T., Zhong, Y. & Qiao, Y. Direct Formation of Structural Components Using a Martian Soil Simulant. Sci. Rep. 7, 1151 (2017).

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