怎么在火星上盖房子？第一步：“夯土”

　　来源：科学人公众号

　　火星是太阳系中与地球最为相似的行星，也是未来唯一有可能实现大规模移居的星球。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。

　　移民火星，必需要建设定居点。建设定居点现实可行的方案，就是利用火星上原本就有的资源，比如土壤，来生产砖块、横梁等结构材料。

　　“土壤”是由岩石风化而成的，其中含有动物、植物、微生物等有机体腐烂分解后的有机质。在火星的土壤中还没有探测到有机质的存在，因此，火星土壤与地球土壤存在本质区别，用风化层（regolith）描述火星土壤可能更为准确。火星土壤是由火星表面岩石经风化作用形成的，由细颗粒组成且可渗透性的风化层物质。于是，如何用火星土壤制砖，成了科学家们研究的课题。

　　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。而在昨晚发表的研究中[1]，不需要加入添加剂，直接加压成型即可。

　　在该项研究中，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。压砖的方式包括静态加压、冲击加压两种方式。压砖时的外壳模子，分别包括弹性模子、无模子、刚性模子三种方式。然后分别比较这些方式压制的砖块强度。

　　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。

　　火星土壤自然而然会含有一些石块，但大多是玄武岩。玄武岩是火山喷发形成的，通常只需要1-10兆帕的压力就可以把石块压碎。而实际上，实验中压砖过程的压力至少可以达到三四十兆帕，远高于玄武岩的强度。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。压成砖块后，其中大部分颗粒的直径都小于10微米。所以，如果火星土壤中含有的石块，在压砖过程中都会被压碎。土壤中是否含有小石子，对砖块的强度基本没有影响。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。

　　用直接压制这种方式生产的砖块，之所以不需要添加剂，主要原因在于，模拟火星土壤中含有的氧化铁颗粒使土壤粘结在一起。这种氧化铁颗粒极为细小，只有纳米级大小，起到了很好的粘合剂的作用。

　　说到土壤中含铁的矿物，不得不说一点烧脑的名词。这三种很容易混淆的矿物，分别为磁铁矿、赤铁矿、针铁矿，它们的成分依次为四氧化三铁（Fe3O4）、三氧化二铁（Fe2O3）、羟基氧化铁（FeOOH）。其中尤以针铁矿的比表面积较大，可以提供强烈的粘合作用。

　　研究发现，砖块的强度不仅与施加的压力有关，也与压砖时采用的模子有关。因为不同模子的边界受压情况不同，导致了砖块强度也有差异。只有那种具有弹性的模子，才能在压砖过程中扩张，土壤颗粒得以旋转，从而使不同颗粒之间的接触面积最大，增强粘结力。因此，要压得一手好砖，模子也很重要。

　　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。

　　可能还有好奇宝宝会问，这是模拟火星土壤做的实验，真的到了火星上，这种方式还会管用吗？事实上，人类已经进行了四十多次火星探测，获得了大量火星土壤的探测数据，地球上也收集了许多来自火星的陨石。虽然人类还没有登陆火星。但科学家其实对火星已经相当了解，火星是整个太阳系除地球外，人类了解最为透彻的一颗行星。而模拟火星土壤，正是以真正的火星土壤成为模拟对象，以地球上的天然岩石和矿物为原料，经过一定的加工，在物理性质和化学组成方面与火星土壤最为相似的物质。建设火星城市必须要做的烧砖、生产氧气、提取水、种土豆等工作，先模拟火星土壤进行地面实验，是必不可少的。

编辑：未知