冰築火星城：科學證可行
Martian cities could be built from ice
16 DEC 2025 5:40 PM ETBYHANNAH RICHTER
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新奧爾良—對於美國國家航空暨太空總署（NASA）太空人來說，前往火星是唐納德·川普總統明確提出的目標之一，這可能只是簡單的部分。如果太空人希望在著陸後停留一段時間，他們需要建造保護性居所，使其能夠睡覺、進行研究，並保持健康和精神穩定。如今，研究人員為一個可能解決所有這些問題的創意想法提供了某種科學可信度：冰。
超過五百萬立方公里的凍水存在於火星表面或其附近，預計地表下還存在更多。如果這顆紅色星球的冰被證明可獲取，未來的太空人可能會看到自己生活在《冰雪奇緣》般的世界中，科學家們今天在美國地球物理學會年度會議上報告稱。通過各種建模練習，該團隊展示了這種材料可以被塑造成隔熱良好、耐用的結構，有效保護地球人免受太陽有害射線的侵害。
「這是一個非常引人入勝的想法，」麻省理工學院的太空建築研究員瓦倫蒂娜·蘇米尼說道，她未參與此項研究。她指出，外星殖民的主要障礙是從地球運輸物資所需的大量航次。她表示，任何減少這種需求的方法都可能加速外星世界的居住進程。
火星含有兩種潛在的居所建築材料：冰和風化層，即行星表面由粉塵和微小岩石碎片組成的層。風化層並不理想，因為需要篩選大量物質以獲取硅和氧等元素。這些元素然後會被加熱到高溫並製成玻璃等材料，哈佛大學行星科學家羅賓·沃茲沃斯指出。因此，他的團隊選擇了冰。拉菲德·凱烏姆說，我們自己的星球提供了靈感，他是沃茲沃斯的前本科生，領導了這項工作，現為研發中心的系統工程師：冰島以其鋼藍色的冰洞而聞名，這些冰洞是因為地球的熱量融化了冰河，從而開闢出通道形成的。
與洞穴不同，火星上考慮的冰製居所傳統上被建模為圓頂結構，每個約一公頃大小，設有不同的生活和農業隔間。為了評估這種結構的實用性，凱烏姆及其同事首先從數學建模冰作為絕緣體的作用，確定幾公尺厚的冰層可以將內部溫度從火星常見的約零下一百二十攝氏度提高到零下二十攝氏度。這雖然談不上溫暖，但足夠冷以保持冰的穩定。
接下來，團隊模擬了冰的結構特性，指出先前的研究發現，通過添加水凝膠等有機材料（富含水的聚合物鏈）進行摻雜可以提高其抗壓強度和柔韌性，這兩者都是重要的建築特性。科學家們還分析了如何防止冰結構因昇華（固體直接轉化為氣體的過程）而消散到火星大氣中：他們發現，添加防水塗層即可解決問題，儘管這可能需要從地球運來。
最重要的是，研究人員模擬了凍水如何反射或允許火星接收到的陽光進入。與風化層等其他可用材料相比，冰提供了一個關鍵優勢：它能很大程度上阻擋紫外線波長的光，同時允許可見光和紅外線通過。這意味著冰製居所將保護人類免受太陽有害電離輻射的侵害，同時仍允許光和熱進入——這對於光合作用以及太空人的身心健康至關重要。
然而，冰製城市存在重大局限性。首先，需要大量材料。研究人員的初步計算表明，使用等同於國際太空站的電源，每天可處理約十五平方公尺（相當於一個停車位大小）。火星也經常經歷沙塵暴；沉積在冰上的灰塵會阻擋其透明度和隔熱效益，蘇黎世聯邦理工學院的博士後行星科學家阿多馬斯·瓦蘭蒂納斯指出，他曾研究火星上冰和灰塵的用途，但未參與新分析。此外，要從地底開採冰，首先需要從地球運來鑽探系統和其他設備，蘇米尼說道。
沃茲沃斯表示：「考慮中長期的太空探索，而不僅僅是未來幾年我們要做的事情，這很重要。」他的團隊設想了一個世界，在那裡冰的處理僅使用已經在地表為長期外星社會建立的太陽能或核能運作產生的廢熱。
蘇米尼認為，火星居所只是該星球冰的其中一種應用。她自己的研究探討了使用凍水來支持水耕農業，以及培養藻類細胞作為潛在食物等例子。她說，冰是「我們在另一個星球上擴展生命可能性的真正開端」。