Silica aerogel kunne gøre Mars beboelig

Folk har længe drømt om at omforme Mars-klimaet for at gøre det beboeligt for mennesker. Carl Sagan var den første uden for science fiction-området, der foreslog terraforming. I en avis fra 1971, Sagan foreslog, at fordampning af de nordlige polare iskapper ville "give ~10 s g cm-2 atmosfære over planeten, højere globale temperaturer gennem drivhuseffekten, og en stærkt øget sandsynlighed for flydende vand."

Sagans arbejde inspirerede andre forskere og fremtidsforskere til at tage tanken om terraforming seriøst. Nøglespørgsmålet var:er der nok drivhusgasser og vand på Mars til at øge dets atmosfæriske tryk til jordlignende niveauer?

I 2018, et par NASA-finansierede forskere fra University of Colorado, Boulder og Northern Arizona University fandt ud af, at behandling af alle de tilgængelige kilder på Mars kun ville øge atmosfærisk tryk til omkring 7 procent af Jordens tryk - langt fra det, der er nødvendigt for at gøre planeten beboelig.

Terraforming Mars, det så ud til, var en uopfyldelig drøm.

Nu, forskere fra Harvard University, NASA's Jet Propulsion Lab, og University of Edinburgh, har en ny idé. I stedet for at prøve at ændre hele planeten, hvad hvis du tog en mere regional tilgang?

Forskerne foreslår, at områder af Mars-overfladen kunne gøres beboelige med et materiale - silica aerogel - der efterligner Jordens atmosfæriske drivhuseffekt. Gennem modellering og eksperimenter, forskerne viser, at et to til tre centimeter tykt skjold af silicaaerogel kunne transmittere nok synligt lys til fotosyntese, blokere for farlig ultraviolet stråling, og hæve temperaturen under permanent over vandets smeltepunkt, alt sammen uden behov for nogen intern varmekilde.

Bladet er udgivet i Natur astronomi .

"Denne regionale tilgang til at gøre Mars beboelig er meget mere opnåelig end global atmosfærisk ændring, " sagde Robin Wordsworth, Assistant Professor of Environmental Science and Engineering ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) og Department of Earth and Planetary Science. "I modsætning til de tidligere ideer om at gøre Mars beboelig, det er noget, der kan udvikles og testes systematisk med materialer og teknologi, vi allerede har."

"Mars er den mest beboelige planet i vores solsystem udover Jorden, " sagde Laura Kerber, Forsker ved NASA's Jet Propulsion Laboratory. "Men det forbliver en fjendtlig verden for mange slags liv. Et system til at skabe små øer med beboelighed ville give os mulighed for at transformere Mars på en kontrolleret og skalerbar måde."

Forskerne var inspireret af et fænomen, der allerede opstår på Mars.

I modsætning til Jordens polare iskapper, som er lavet af frosset vand, polare iskapper på Mars er en kombination af vandis og frossen CO2. Ligesom dens gasform, frossen CO2 tillader sollys at trænge ind, mens den fanger varme. Om sommeren, denne solid-state drivhuseffekt skaber lommer af opvarmning under isen.

"Vi begyndte at tænke på denne solid-state drivhuseffekt, og hvordan den kunne påberåbes for at skabe beboelige miljøer på Mars i fremtiden, " sagde Wordsworth. "Vi begyndte at tænke på, hvilken slags materialer der kunne minimere termisk ledningsevne, men stadig transmittere så meget lys som muligt."

Forskerne landede på silica aerogel, et af de mest isolerende materialer, der nogensinde er skabt.

Silica aerogeler er 97 procent porøse, hvilket betyder, at lys bevæger sig gennem materialet, men de indbyrdes forbundne nanolag af siliciumdioxid infrarød stråling og i høj grad forsinker varmeledningen. Disse aerogeler bruges i flere tekniske applikationer i dag, herunder NASAs Mars Exploration Rovers.

"Silica aerogel er et lovende materiale, fordi dets virkning er passiv, " sagde Kerber. "Det ville ikke kræve store mængder energi eller vedligeholdelse af bevægelige dele for at holde et område varmt over lange perioder."

Ved at bruge modellering og eksperimenter, der efterlignede Mars-overfladen, forskerne påviste, at et tyndt lag af dette materiale øgede gennemsnitstemperaturerne på mellembreddegrader på Mars til jordlignende temperaturer.

"Fordelt over et stort nok område, du ville ikke have brug for anden teknologi eller fysik, du skulle bare bruge et lag af disse ting på overfladen og nedenunder ville du have permanent flydende vand, " sagde Wordsworth.

Dette materiale kan bruges til at bygge boligkupler eller endda selvstændige biosfærer på Mars på Mars.

"Der er en lang række fascinerende tekniske spørgsmål, der dukker op af dette, " sagde Wordsworth.

Næste, holdet har til formål at teste materialet i Mars-lignende klimaer på Jorden, såsom de tørre dale i Antarktis eller Chile.

Wordsworth påpeger, at enhver diskussion om at gøre Mars beboelig for mennesker og jordliv også rejser vigtige filosofiske og etiske spørgsmål om planetarisk beskyttelse.

"Hvis du vil muliggøre liv på Mars-overfladen, er du sikker på, at der ikke allerede er liv der? Hvis der er, hvordan navigerer vi i det, spurgte Wordsworth. "I det øjeblik vi beslutter os for at forpligte os til at have mennesker på Mars, disse spørgsmål er uundgåelige."