火星改造一二事

王燦（2003—），男，漢族單 位：重慶大學材料科學與工程學院研究方向：材料創新設計與創新思維方法

張育新（1978—），男，漢族單 位：重慶大學職務職稱：重慶大學研究生院副院長，教授研究方向：硅藻新材料的制備與應用

張翔（1987—），男，漢族單 位：重慶大學職務職稱：重慶大學本科生院學生創新管理辦公室主任，助理研究員研究方向：科學傳播及創新創業教育

未來，由于全球變暖等因素，地球可能面臨冰川融化、陸地減少和大氣中二氧化碳增多等困境，人類可能不得不尋找新的生存空間。火星，作為太陽系八大行星之一，因與地球相似，成為人類改造和移民的目標。然而，火星大氣中95.3%的氣體是二氧化碳，因此，要將其改造成適宜人類居住的環境，必須降低二氧化碳含量、提高氧氣濃度。以下是科研工作者提出的兩種改造火星大氣的可行方法。

一種方法是利用藻類進行光合作用轉化二氧化碳，這需要人們先了解藻類的種類及特性。藻類大多屬于原生生物，分為真核生物和原核生物。它能進行光合作用，即通過吸收光能，將二氧化碳和水合成有機物并釋放氧氣，從而實現在火星上生產氧氣。因此，可以通過自然選擇在類火星土壤和大氣條件下培養各種藻類，篩選出適應火星環境的藻類，這種方法盡管需要大量的研究與實驗，但具備可行性。

其中，藻類的選擇須考慮多種因素，例如耐旱性、對高濃度二氧化碳的適應性等。目前，部分藍藻已被證明在極端條件下能夠存活，這為在火星上利用藻類進行光合作用生產氧氣提供了可能。科學家們在實驗室模擬火星環境，以篩選出最適合的藻類，這些藻類不僅要能夠在火星的低溫、低壓環境中存活，還須能高效進行光合作用，轉化大量的二氧化碳。此外，為了增強藻類的光合作用效率，科研工作者提出考慮基因工程手段。通過基因編輯，優化藻類的光合作用路徑，提高其光能轉化效率，從而加速火星大氣的改造進程。當前，基因編輯技術已經在農業和醫藥領域取得了顯著進展，應用于火星改造無疑是其未來的重要發展方向之一。

另一種方法是人工光合作用，即利用某種材料將光能轉化為電能，從而進行氧化還原反應生成精密化學物質。科學家們已經在這一領域取得了顯著進展。例如，美國麻省理工學院的研究人員合成了一種鈷、磷催化劑，可以通過人工光合作用將水分解成氫氣和氧氣；中國科學家鞏金龍團隊利用人工光合作用技術將二氧化碳轉化為甲醇等物質；伊利諾伊大學芝加哥分校的團隊成功利用“人工樹葉”技術將二氧化碳轉化為可用于制備燃料的物質。

人工光合作用的核心在于模擬自然界的光合作用過程，將太陽能高效地轉化為化學能。目前，研究者們正在開發多種新型材料和催化劑，以提高人工光合作用的效率和穩定性。例如，鈣鈦礦材料由于其優異的光電性能，被認為是未來人工光合作用的重要材料之一。這些材料能夠在寬光譜范圍內高效吸收光能，從而提高光能的利用效率。為了進一步提升人工光合作用的效率，研究者們還在探索多層復合材料和納米結構的應用。在催化劑表面設計納米結構，可以顯著增加光吸收面積和反應活性位點，從而提高光合作用效率。這些前沿技術的應用，有望在未來大幅提高人工光合作用的實際應用效果，使其成為改造火星大氣的有力工具。此外，人工光合作用不僅能解決火星大氣改造問題，還可以為火星移民提供可再生能源。例如，通過光合作用將二氧化碳和水轉化為甲醇等燃料，可以為火星移民提供清潔能源，減少對地球資源的依賴。這一多功能性，使得人工光合作用成為未來火星移民的重要技術手段之一。

解決火星改造技術的理論問題后，實際應用的挑戰同樣不容忽視。火星探測器的任務之一就是為火星改造提供詳細的數據支持。2021年7月，中國作為新時代航天強國發射了天問一號，攜帶祝融號火星車登陸火星，拍攝了人類歷史上第一段火星車在火星表面移動的過程影像。這些數據不僅有助于了解火星的地質和大氣情況，還為模擬真實火星環境提供了寶貴的參考。火星探測的成果為在地球上模擬火星環境創造了條件。科學家們可以利用這些數據，建立精確的火星環境模擬裝置，進行藻類光合作用和人工光合作用的實驗。這些實驗將有助于驗證理論模型，優化改造方案，為未來的實際應用打下堅實基礎。

改造火星的目標雖然宏大，但并非不可實現。當前，科學家們在各個領域的努力，已經為這一目標奠定了基礎。從藻類的篩選與基因編輯，到新型材料和催化劑的開發，再到火星探測數據的應用，每一步都是實現這一目標的重要環節。未來的火星改造，將是多學科合作的結晶，需要一代代科研工作者的持續努力。

解決地球面臨的環境問題以及實現改造火星的設想，雖然目前仍需大量研究和實驗，但已有了一些眉目。想要真正實現這一目標，需要一代代人的前赴后繼和不懈努力。愛因斯坦曾說：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉。”對新時代的青年而言，豐富的想象力是寶貴的財富。只要敢想敢做，并為目標不斷努力，一切終將實現。