为什么火星会产生氧气(大自然探索怎样加热火星大气)

AI应用信息1年前 (2023)发布
800 0

怎样加热火星大气

20世纪,天文学家借助先进的望远镜和光谱仪了解到,目前的火星实际上是一个干燥、寒冷的尘埃行星,比地球南极还寒冷,比撒哈拉沙漠还干燥。稀薄的火星大气中有97%是令人窒息的二氧化碳,气压是地球表面气压的1%以下,表面温差很大,平均为零下55℃。显然,这样的自然环境是不适合人类居住的。因此,“火星地球化”的重头戏是——“给火星大气加热”。

为什么火星会产生氧气(大自然探索怎样加热火星大气)

梦想火星

“给火星大气加热”这出戏是由二氧化碳“主唱”的。气态二氧化碳具有温室效应,是一种天然的温室气体,如果在火星大气中注入充足的、冰点以下的二氧化碳,就能使火星大气升温。根据已有的观测结果,火星上有很多二氧化碳,在两极有固态二氧化碳极冠,在大气中有二氧化碳气体,在表面浮土里也混杂着冻结的二氧化碳,即使在火星表面以下几千米深的地方,也可能有液态二氧化碳存在。

为什么火星会产生氧气(大自然探索怎样加热火星大气)

科学家充分发挥想象力,把火星岩石想象成浸泡在液态二氧化碳里,他们还给储存液态二氧化碳的地方起了一个名字——“储液池”。根据一项名为“埃柯波伊西斯”的计划,二氧化碳从“储液池”里取出后注入大气,使大气加热,并加快热量向两极对流;大气加热后,反过来加快二氧化碳的释放,二氧化碳的释放又使大气进一步加热,直到大气自动加热,触发气候失控;最后,热量增加和气候失控将在新的高压和高温下停止。

为什么火星会产生氧气(大自然探索怎样加热火星大气)

仙女座星系和火星

加热火星有不同的模型,其中一个模型是根据火星气候的“长冬季模型”建立的。这个模型认为.火星的漫长冬季是在火星的春分点和秋分点的移动,以及封闭在极冠中的1巴气压(巴是气压单位,1巴=0.9869个大气压)的干冰(冻结的二氧化碳)的共同作用下形成的。火星春分点和秋分点的移动周期(岁差周期)为5万年,而据卡尔·萨根猜想,火星极冠中的二氧化碳可能只要100年就蒸发完了。

为什么火星会产生氧气(大自然探索怎样加热火星大气)

陨落的流星雨

因此,“长冬季模型”不能解释火星的漫长冬季。不过,科学家由此想到了二氧化碳在火星加热中的作用,并用计算机进行了模拟计算 结果表明,如果火星表面浮土里的二氧化碳是均匀分布的,气体很容易发生失控,可以获得很高的工作效率。根据计算 如果浮土里含有1巴气压的二氧化碳 那么,最高的工作效率能使火星表面的初始温度升高5~20℃,大气压增加几十毫巴。失控温室效应的最后状态是气压为800毫巴,温度为零下23℃。

为什么火星会产生氧气(大自然探索怎样加热火星大气)

火星

但是,用二氧化碳加热火星也存在两个难题。第一,即使火星上所有可用的二氧化碳都蒸发到大气层中去,也未必能把火星加热到合适的温度,因为人们不知道火星上到底有多少二氧化碳。第二,要让火星自动释放二氧化碳,需要对二氧化碳加热,这在火星上是很难做到的。

如果不能实现用二氧化碳加热火星,那又该怎么办呢?科学家又提出了一些新的方法,其中之一是利用人工制造的全氟碳(一种有机化合物)来给火星加热。这个方法是美国麻省理工学院的青年学生玛格丽塔·玛丽诺娃提出的。她指出.全氟碳有许多优点:它是一种超温室气体,只要很少一点就能产生大量热量;它的寿命很长,很适合用于火星加热;它对生物组织没有副作用,用后无后顾之忧;它不损耗大气中的臭氧层,有益于防御外来的紫外辐射。目前,玛丽诺娃的建议已被美国宇航局采用,并让她同其他专家合作研究全氟碳的加热效应。

为什么火星会产生氧气(大自然探索怎样加热火星大气)

火星

事实上,温室气体的作用不是加热而是隔热一一行星吸收太阳光后,其中带热能的红外线被反射到大气层里,由于大气层里的温室气体能起隔热作用,使热-能逃逸不出去,因而起到了保温作用。

要给火星大气加热,必须给它以能量。加热的能量来自哪里?——太阳光,它既便宜又容易获得。

为什么火星会产生氧气(大自然探索怎样加热火星大气)

火星

大气加热的快慢取决于制造温室气体的速度。粗略计算表明,如果有100家工厂,每家工厂都用核反应“产生”能量,它们工作100年之后,火星温度可以升高6~8℃。以这样的速度加热,火星温度升到火星上冰的溶解点——55℃,大约需要800年。当然,实际上可能没有这么长,如果采用比较有效的人造超温室气体,加热时间将大大缩短。

还有一种加热火星的方法,就是增加太阳能输入。从原理上讲这个方法很简单,只要在火星上空安装一台巨大的反射镜系统,把太阳光反射到火星表面就行了。原理虽然简单,实现起来可不容易。早在1993年就有人提出了一个设计:在距火星表面21.4千米的太空中安放一面直径125千米的反射镜来加热火星南极,使南极的温度升高5℃。从极光蒸发来考虑,这个设计足够需要了,然而制造这台反射镜系统所用的铝相当于地球上5天生产的铝锭总量,这么大的反射镜如何在火星上制造和组装呢?

为什么火星会产生氧气(大自然探索怎样加热火星大气)

从内到外水星、金星、地球和火星

一旦火星温度升高,冰开始融化,就有了生命所需的水。有了水,气压也会上升,达到地球上某些山顶的水平,这样就有了可供生物生存的环境。但是,对人类生存来说,这还不够,还需供应氧气。将来在火星上活动的人,最初可以借助氧气面罩生存,然后种植植物,利用植物光合作用制造氧气。广种植物可以补充大气,从遗传学上讲,这是一种好办法。等到火星上流水潺潺、绿树成荫、蓝天映日时,红色火星就变成绿色火星、蓝色(有蓝天的)火星了。当然,这一天的到来还十分遥远,最保守的估计是10万年。

    © 版权声明

    相关文章

    暂无评论

    暂无评论...