火星改造一二事

王灿（2003—），男，汉族单 位：重庆大学材料科学与工程学院研究方向：材料创新设计与创新思维方法

张育新（1978—），男，汉族单 位：重庆大学职务职称：重庆大学研究生院副院长，教授研究方向：硅藻新材料的制备与应用

张翔（1987—），男，汉族单 位：重庆大学职务职称：重庆大学本科生院学生创新管理办公室主任，助理研究员研究方向：科学传播及创新创业教育

未来，由于全球变暖等因素，地球可能面临冰川融化、陆地减少和大气中二氧化碳增多等困境，人类可能不得不寻找新的生存空间。火星，作为太阳系八大行星之一，因与地球相似，成为人类改造和移民的目标。然而，火星大气中95.3%的气体是二氧化碳，因此，要将其改造成适宜人类居住的环境，必须降低二氧化碳含量、提高氧气浓度。以下是科研工作者提出的两种改造火星大气的可行方法。

一种方法是利用藻类进行光合作用转化二氧化碳，这需要人们先了解藻类的种类及特性。藻类大多属于原生生物，分为真核生物和原核生物。它能进行光合作用，即通过吸收光能，将二氧化碳和水合成有机物并释放氧气，从而实现在火星上生产氧气。因此，可以通过自然选择在类火星土壤和大气条件下培养各种藻类，筛选出适应火星环境的藻类，这种方法尽管需要大量的研究与实验，但具备可行性。

其中，藻类的选择须考虑多种因素，例如耐旱性、对高浓度二氧化碳的适应性等。目前，部分蓝藻已被证明在极端条件下能够存活，这为在火星上利用藻类进行光合作用生产氧气提供了可能。科学家们在实验室模拟火星环境，以筛选出最适合的藻类，这些藻类不仅要能够在火星的低温、低压环境中存活，还须能高效进行光合作用，转化大量的二氧化碳。此外，为了增强藻类的光合作用效率，科研工作者提出考虑基因工程手段。通过基因编辑，优化藻类的光合作用路径，提高其光能转化效率，从而加速火星大气的改造进程。当前，基因编辑技术已经在农业和医药领域取得了显著进展，应用于火星改造无疑是其未来的重要发展方向之一。

另一种方法是人工光合作用，即利用某种材料将光能转化为电能，从而进行氧化还原反应生成精密化学物质。科学家们已经在这一领域取得了显著进展。例如，美国麻省理工学院的研究人员合成了一种钴、磷催化剂，可以通过人工光合作用将水分解成氢气和氧气；中国科学家巩金龙团队利用人工光合作用技术将二氧化碳转化为甲醇等物质；伊利诺伊大学芝加哥分校的团队成功利用“人工树叶”技术将二氧化碳转化为可用于制备燃料的物质。

人工光合作用的核心在于模拟自然界的光合作用过程，将太阳能高效地转化为化学能。目前，研究者们正在开发多种新型材料和催化剂，以提高人工光合作用的效率和稳定性。例如，钙钛矿材料由于其优异的光电性能，被认为是未来人工光合作用的重要材料之一。这些材料能够在宽光谱范围内高效吸收光能，从而提高光能的利用效率。为了进一步提升人工光合作用的效率，研究者们还在探索多层复合材料和纳米结构的应用。在催化剂表面设计纳米结构，可以显著增加光吸收面积和反应活性位点，从而提高光合作用效率。这些前沿技术的应用，有望在未来大幅提高人工光合作用的实际应用效果，使其成为改造火星大气的有力工具。此外，人工光合作用不仅能解决火星大气改造问题，还可以为火星移民提供可再生能源。例如，通过光合作用将二氧化碳和水转化为甲醇等燃料，可以为火星移民提供清洁能源，减少对地球资源的依赖。这一多功能性，使得人工光合作用成为未来火星移民的重要技术手段之一。

解决火星改造技术的理论问题后，实际应用的挑战同样不容忽视。火星探测器的任务之一就是为火星改造提供详细的数据支持。2021年7月，中国作为新时代航天强国发射了天问一号，携带祝融号火星车登陆火星，拍摄了人类历史上第一段火星车在火星表面移动的过程影像。这些数据不仅有助于了解火星的地质和大气情况，还为模拟真实火星环境提供了宝贵的参考。火星探测的成果为在地球上模拟火星环境创造了条件。科学家们可以利用这些数据，建立精确的火星环境模拟装置，进行藻类光合作用和人工光合作用的实验。这些实验将有助于验证理论模型，优化改造方案，为未来的实际应用打下坚实基础。

改造火星的目标虽然宏大，但并非不可实现。当前，科学家们在各个领域的努力，已经为这一目标奠定了基础。从藻类的筛选与基因编辑，到新型材料和催化剂的开发，再到火星探测数据的应用，每一步都是实现这一目标的重要环节。未来的火星改造，将是多学科合作的结晶，需要一代代科研工作者的持续努力。

解决地球面临的环境问题以及实现改造火星的设想，虽然目前仍需大量研究和实验，但已有了一些眉目。想要真正实现这一目标，需要一代代人的前赴后继和不懈努力。爱因斯坦曾说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”对新时代的青年而言，丰富的想象力是宝贵的财富。只要敢想敢做，并为目标不断努力，一切终将实现。