地球不断变化的气候可以告诉我们如何改变火星表面

在罕见的环境成功案例中，联合国刚刚宣布，它相信到2050年，对地球保护性臭氧层的破坏将得到完全恢复。这与日益增加的对气候紧急情况的警报形成鲜明对比，增加温室效应。

无论是臭氧层和温室效应的影响，最终帮助控制距离太阳远紫外线(UV)辐射是如何到达地球表面，多少红外(IR)辐射逃逸到太空。这两种形式的辐射都对火箭行星的宜居性产生重大影响。

明确控制这种辐射是地球上的紧迫问题。但这也给那些梦想殖民火星的人带来了挑战。

紫外线是一种光的形式，其波长范围为10-400纳米(1nm的长度为0.000000001米)。这比可见光短和充满活力。相比之下，典型的4G电话网络的波长只有几十厘米。

日光紫外线可以推动人体皮肤中必需维生素D的产生，但过量会导致一系列健康问题，包括晒伤，皮肤癌和白内障。它还会损害植物并损害农作物的产量。

在地球上，几乎所有的太阳紫外线都被臭氧层吸收，臭氧层是地球大气层的一部分，高度从15至30公里不等。没有它，地球上的生命将陷入很多麻烦。

臭氧是由三个氧原子组成的天然分子。该分子的形成通过称为查普曼循环的过程仔细平衡，在该过程中，紫外线将臭氧分解为单个氧原子和一个氧分子。自然因素可以充当催化剂，例如火山活动和地球辐射带。

关于臭氧平衡问题的第一批意见是在1980年代提出的。可以确定的是，某些化学药品(如氯氟化碳)的广泛使用和排放已严重破坏了臭氧层。

这促使国际社会于1987年通过了《蒙特利尔议定书》，这是迄今为止每个会员国唯一批准的联合国协议。

红外辐射对地球和其他行星的影响完全不同。所有物体都会根据其温度发出一定范围的光。平均温度为一百万度的物体将主要发出X射线(就像某些恒星系统那样)。

太阳的平均温度为5,700°C，在可见光中发射最强(特别是黄色)，而室温下的物体则在IR中发射。这就是为什么人们在红外摄像机中清晰地出现。

主要在可见波长处的阳光穿过大气层并温暖地球表面。为了维持热平衡，地球然后将光发射回太空，但是它在红外中发射光。大气中的某些分子会让大量可见光穿过(这就是为什么它们对人眼不可见的原因)，但会反射或散射表面发射的IR光，从而使表面变暖。

这个过程中涉及的化学物质就是我们所说的温室气体，最常见的是二氧化碳，但是甲烷和一氧化二氮也很重要。使气候问题复杂化的是，水蒸气和臭氧本身也是温室气体。

这是使气候模拟成为一个非常复杂的话题的众多因素之一。通常将温室效应本身描述为一件坏事，但实际上对生命至关重要。没有任何温室效应，相对容易证明地球的平均温度为-24°C，而不是目前的14°C。

就像许多自然过程一样，人类活动已经改变了温室效应，以至于地球可居住性的这一基本特征现在变得危险起来。我们有充分的证据表明，人类增加了大气中温室气体的数量，从而增加了全球平均温度。

殖民者的教训

未来希望住在火星上的殖民者所面临的挑战与地球上的挑战完全相反。它稀薄的气氛意味着即使二氧化碳浓度很高，但温室效应仍然很弱，需要加强。但是最近的一项研究表明，即使火星岩石中的残留二氧化碳被汽化并排放到大气中，也不会产生足够的温室效应来使地球足够温暖地生存。

与地球相比，火星上的臭氧也很少，而且火星稀薄的大气层允许更多的太阳紫外线到达表面。这种辐射是如此强烈，以至于每天仅对顶部几厘米的火星土壤进行一次灭菌，所有可能对生命有用的复杂分子都被破坏了。

那么，我们该怎么做才能使气候更接近地球呢?先前的想法包括在火星附近的太空中安装一块巨大的磁铁，以保护大气层并向地面发射核武器。

甲最近的一篇论文表明，我们可以使用二氧化硅气凝胶-A通过取凝胶和更换液体成分与所述表面的气体，以覆盖区域由合成和超轻材料。这实际上将起到人造臭氧层的作用，在可见光下几乎是透明的，但会阻挡紫外线。

二氧化硅气凝胶的使用还可以通过人工温室效应将其下方的地面迅速加热至水的冰点以上。将二氧化硅气凝胶防护罩放置在表面富含冰的区域上，将产生适合植物生长的环境，而无需人工干预。

由于火星大气层不断地被太阳风所笼罩，仅靠这本身并不能使红色星球变质。但是，它至少会为以后的访客提供较小规模的，更少的敌对环境。尽管前景仍然艰难，但这是目前使火星区域成为不太极端的环境的最实用方法。

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