求解求方案，如何在火星上做出盖房子的砖？

郑永春

移民美国已经OUT了，想移民就移去火星吧。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100万人，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，但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就有的资源，比如土壤，来生产砖块、横梁等结构材料。但是，火星土壤与地球土壤存在本质上的区别，虽然都是由岩石风化而成，但相比地球上的土壤，人类在火星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。用风化层描述火星土壤可能更为准确。因此，如何把这样的火星土壤做成砖头，成了科学家们研究的课题。下面，就来看看科学家怎样变身“制砖工人”吧。

火星制砖第一步：压碎石块

此前，已经有科学家进行了火星制砖的探索，但都需要加入一定比例的添加剂，或者需要进行高温煅烧。最新的研究却表明，不需要加入添加剂，直接用“锤击”加压即可成型。

在这项研究中，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。在相关论文中，研究者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3～4厘米。

为了造出这块砖，“制砖工人”需要先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。因此，在压砖过程中，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。

获得这些细沙土之后，就是最重要的部分了，怎么让松散的沙土变成一块方方正正的砖？

氧化铁颗粒：最好的黏合剂

因为玄武岩在砖块中的作用就像沙子—样，并不能提供黏结力，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黏合。而这次，

“制砖工人”却没有使用添加剂！为什么这些细颗粒能黏结在一起呢？研究者在电子显微镜下发现，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，能使土壤黏结在一起。

众所周知，火星是一颗红色的行星。而红色基调为主的火星地貌特征，主要是因为存在铁的氧化物或氢氧化物。通过分析火星的表面土壤成分发现，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，尤其是赤铁矿成分。

实验发现，利用火星土壤，采用一步压砖的方式，在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之间主要的黏结力。如果在土壤中加入纤维等加强筋，还可以进一步提高砖块的强度。

在火星上真能造出这样的砖吗

看到这里，那些求知欲旺盛的好奇宝宝就会问了：你这是在地球上模拟“火星制砖”，真到了火星上也能成功吗？

答案是肯定的！因为拿来制砖的这些土壤，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，进行了一定的加工改造，最真实地模拟火星的土壤。

那么，我们是怎么了解火星土壤特征的呢？

虽然人类未曾登陆火星，但实际上已经进行了40多次火星探测，获得了大量的火星土壤的探测数据。不仅如此，在地球上也收集了许多来自火星的陨石。可以确定地说，火星是除地球外，人类了解最为透彻的一颗行星。

很多人对火星上种土豆最感兴趣，美国“凤凰”号火星探测器的探测数据表明，火星土壤略微呈碱性，合有大量的营养元素，如镁、钠、钾、氯化物，这些都是植物生长需要的元素。科学家对火星土壤和地球上適宜植物生长的土壤进行了比较，认为火星土壤可以适合植物的生长。然而，“凤凰”号进行了简单的化学实验，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，最高达到8.3，呈弱酸性。也有科学家认为，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。对火星的情况了解得越充分，我们登陆火星就越有把握。endprint