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作者

• 斯文Bilen

  宾夕法尼亚州立大学工程设计、电气工程和航空航天工程教授

在我上中学的时候，我的生物老师给我们班放了一部科幻电影《星际迷航3:寻找斯波克》。

剧情吸引了我，它描述了“创世纪计划”——一项新技术，将一个死气沉沉的外星世界变成了一个充满生命的世界。

看完电影后，老师让我们写一篇关于这种技术的文章。现实吗?这合乎道德吗?引导我们内心的斯波克:这合乎逻辑吗?这个任务对我影响很大。

快进到今天，我是一名工程师和教授，正在开发将人类的存在延伸到地球以外的技术。

我正在研究先进的推进系统，使宇宙飞船能够飞出地球轨道。我正在帮助开发月球建设技术，以支持美国宇航局长期在月球上居住的目标。我曾在一个团队中展示了如何在火星上3d打印栖息地。

在地球之外维持人类将需要大量的时间、精力和想象力。但工程师和科学家们已经开始着手解决许多挑战。

部分清单:食物，水，住所，空气

继月球之后，人类在地球之外生活的下一个合乎逻辑的地方是火星。

但是，是否有可能改造火星——也就是说，把它改造得像地球一样并支持生命存在呢?或者这只是科幻小说里的情节?

要在火星上生活，人类需要液态水、食物、住所和有足够氧气供呼吸、足够厚以保温和抵御太阳辐射的大气层。

但火星大气几乎全是二氧化碳，几乎没有氧气。而且它非常薄，密度只有地球的1%左右。

大气层的密度越小，它能吸收的热量就越少。地球大气层的厚度足以保留足够的热量来维持生命，这就是所谓的温室效应。

但在火星上，大气非常稀薄，夜间温度经常下降到零下150华氏度(零下101摄氏度)。

那么给火星大气层最好的方法是什么呢?

尽管目前火星上还没有活火山——至少据我们所知——但科学家们可以通过核爆炸引发火山爆发。被困在火山深处的气体将被释放，然后漂移到大气中。但这个计划有点轻率，因为爆炸也会向空气中引入致命的放射性物质。

一个更好的主意是:重新引导富含水的彗星和小行星撞击火星。这也会将行星表面以下的气体释放到大气中，同时也会释放出彗星中发现的水。美国国家航空航天局已经证明，改变小行星的方向是可能的，但需要相对较大的小行星，并且需要大量的小行星才能有所作为。

让火星变得舒适

有许多方法可以使地球升温。例如，在太空中建造并放置在火星轨道上的巨大镜子可以将阳光反射到火星表面并使其升温。

最近的一项研究提出，火星殖民者可以在地面上散布气凝胶，这是一种超轻的固体材料。气凝胶将起到隔热和蓄热的作用。整个火星都可以这样做，包括极地冰盖，在那里气凝胶可以融化现有的冰来制造液态水。

种植食物需要土壤。在地球上，土壤由五种成分组成:矿物质、有机物、生物体、气体和水。

但火星上覆盖着一层松散的尘埃状物质，叫做风化层。把它想象成火星上的沙子。风化层所含的营养物质很少，不足以维持植物的健康生长，它还含有一些令人讨厌的化学物质，称为高氯酸盐，在地球上用于烟花和炸药中。

清理风化层并把它变成可行的东西并不容易。外星土壤需要的是一些火星肥料，也许是通过向其中添加极端微生物——一种从地球进口的耐寒微生物，即使在最恶劣的条件下也能生存下来。基因工程生物也是一种可能。

通过光合作用，这些生物开始将二氧化碳转化为氧气。最终，随着火星变得更适合类地生物生存，殖民者可以引入更复杂的植物甚至动物。

提供适当比例的氧气、水和食物是非常复杂的。在地球上，科学家们试图在生物圈2中模拟这种情况，生物圈2是一个封闭的生态系统，包括海洋、热带和沙漠栖息地。尽管生物圈2号的所有环境都受到控制，但即使在那里，科学家们也在努力保持平衡。大自然母亲真的知道她在做什么。

火星上的房子

建筑可以用3d打印;最初，它们需要加压和保护，直到火星获得像地球一样的温度和空气。美国宇航局的月球到火星行星自主建设技术项目正在研究如何做到这一点。

还有更多的挑战。例如，与地球不同，火星没有保护行星免受太阳风和宇宙辐射影响的磁层。没有磁场，太多的辐射会通过，生物无法保持健康。有很多方法可以制造磁场，但到目前为止，科学还处于高度推测阶段。

事实上，我所描述的所有技术都远远超出了目前改造火星所需的规模。开发它们将需要大量的研究和资金，在短期内可能远远超出可能的范围。尽管《星际迷航3》中的创世纪设备可以在几分钟内改造一颗行星，但改造火星需要几个世纪甚至上千年。

在人类开始将火星变成另一个地球之前，还有很多伦理问题需要解决。对另一个星球进行如此剧烈的永久性改变是正确的吗?

如果这一切让你失望，不要失望。当科学家们创造创新来改造火星时，我们也会用它们来改善地球上的生活。还记得我们正在开发的在火星上打印3D栖息地的技术吗?现在，我是一群科学家和工程师中的一员，他们使用同样的技术在地球上打印房屋——这将有助于解决世界住房短缺的问题。

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因为好奇心是没有年龄限制的——成年人，让我们知道你也在想什么。我们不可能回答每一个问题，但我们会尽力而为。

Sven bilsamen是X-Hab 3D公司的共同所有人，该公司已获得NASA STTR资助，用于开发月球建筑技术和开发3D混凝土打印系统。他接受了美国国家航空航天局、美国国防部高级研究计划局和美国空军有关3D混凝土打印技术的资助。