火星表面可鑽井融冰取水:將為人類生存提供保障

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火星表面可鑽井融冰取水:將為人類生存提供保障

北京時間1月10日消息,據國外媒體報道,首批抵達火星的人類開拓者面臨的一個巨大挑戰是缺少水。如果人類未來登陸火星,將需要飲用水、用水種植灌溉農作物,甚至用於製造他們返程地球的火箭燃料,缺少可獲得的液態水是一個重大問題。然而,火星確實存在大量的冰層,美國宇航局最新研究報告稱,人們在火星表面鑿鑽水井,可以獲得充足的水資源,維持人類的生活。

火星表面可鑽井融冰取水:將為人類生存提供保障

美國宇航局最新研究報告稱,人們在火星表面鑿鑽水井,可以獲得充足的水資源,維持人類的生活。

2018年,科學家在火星表面發現埋藏在表面之下的冰川,這一「改變遊戲規則」的進展可能為第一批前往火星的遊客提供無限的水資源。目前,火星表面侵蝕已暴露出8個冰點區域,其中一些冰點位置非常淺,僅距離火星表面1米之下,最深的冰點區域在火星表面之下100米,甚至更深。

火星表面可鑽井融冰取水:將為人類生存提供保障

「羅德里格斯水井」的原理是鑽探穿過地表直達冰下冰層,融化一些冰,形成一個水池,然後將水抽取出來。通過持續向地下水池泵入熱量,就逐漸形成一個蓄水池和一個持續供水系統。

火星勘測軌道器2005年分析數據表明,這些地下冰層是「純冰」。目前美國宇航局一項研究正在地球上模擬如何利用水井鑽探和融化冰層。美國德克薩斯州航空研究員史蒂夫·霍夫曼(Stephen Hoffman)表示,火星表面曾經有大量液態水流動,但是人們普遍認為火星表面現在已完全枯竭。

近期幾項研究表明,火星表面許多區域都潛在着大量水源,包括被認為是未來人類任務的候選登陸區域。如果這些蓄水池能夠支持人類完成火星任務,那麼未來火星任務可能出現顯著變化。目前這支研究小組在格陵蘭島對上世紀60年代初美國陸軍開採的「羅德里格斯水井」進行研究,試着鑽探並採集地下冰層。

火星地下冰川是如何形成的?

研究人員表示,火星地下冰川以冰雪形式沉積很長時間,這些沉積物暴露的切面是相對純凈的水冰,表面覆蓋著幾米厚的水冰和岩石灰塵結合層。

火星含冰帶和色層變化,暗示着它是一層層形成,也許是隨着時間的積累逐漸形成了冰蓋。研究人員認為,這些冰層形成的時間相對較晚,因為這些區域的表面看上去較為光滑。

如何鑽探火星水資源?

目前研究小組在格陵蘭島對上世紀60年代初美國陸軍開採的「羅德里格斯水井」進行研究,從那時起這種鑽井技術就用於偏遠地區,其中包括阿蒙森·斯科特南極站。

「羅德里格斯水井」的原理是鑽探穿過地表直達冰下冰層,融化一些冰,形成一個水池,然後將水抽取出來。通過持續向地下水池泵入熱量,就逐漸形成一個蓄水池和一個持續供水系統。

火星表面可鑽井融冰取水:將為人類生存提供保障

研究人員稱,一些火星車具備鑽探能力,可以在火星表面鑿鑽發現水資源。

研究人員在報告中指出,通過對這些地下冰層提取水資源的技術回顧,我們發現一種在火星環境中似乎可行的方案:對火星表面碎屑層進行鑽孔,通過加熱冰層區域形成一個地下水庫。

「羅德里格斯水井」通過鑽探地下冰層融化冰,從而形成一個水池,然後再從水池中將水抽出來。通過持續向池中泵入熱量,形成一個蓄水池和持續供水系統。

火星建造一個「羅德里格斯水井」每天可製造380升水!

每天製造380升水,這個數字接近於美國人均每天用水量,但卻是國際空間站宇航員人均每天用水量10倍。美國《科學》雜誌近期發表文章稱,雖然長期以來科學家知道火星表面存在冰,但是更好地了解其深度和位置可能對未來人類探索火星環境是至關重要的。

研究報告合著作者、亞利桑那大學月球和行星實驗室謝恩·伯恩(Shane Byrne)說:「人類無論走到哪裡都需要水,攜帶水非常沉重並且不方便。之前從火星提取人類可用水的想法是將水從非常乾燥的火星大氣中提出,或者分解含有水的岩石。我們在火星表面之下發現掩埋着幾乎純凈的水冰。」

同時,他強調稱,我們並不需要高科技解決方案,你可以拿着水桶和鏟子採集你需要的水。並且這些火星冰點區域非常接近人類可能登陸的位置,而不是不適宜人類居住的火星極地冰蓋。

這些冰點區域位於火星北半球和南半球,緯度在55-58度之間,相當於地球上的蘇格蘭或者南美洲最南端。研究人員認為,火星地下冰層形成的時間相對較晚,因為這些區域表面看上去非常光滑,沒有天體碎片碰撞火星表面形成的隕坑。

科學家發現火星冰崖多數位於鄰近極地區域,在火星冬季一些殘骸會滑入寒冷黑暗的懸崖,並不適合建立長期人類營地。然而,如果能從其中一個地下冰川中鑽取樣本,研究人員就能了解火星的氣候歷史,以及火星上可能存在的生命。

研究人員使用火星奧德賽軌道器光譜儀、探地雷達儀,以及歐洲航天局火星快車軌道器,在冰崖斷層直接觀測到巨大地下冰層。同時通過觀察新碰撞隕坑,可以發現地下冰。

伯恩說:「這就像一個螞蟻農場,你可以透過側面玻璃看到隱藏在地下的螞蟻巢穴。」科學家還未確定這些特殊冰崖最初是如何形成的。

然而,一旦掩埋的地下冰層暴露在火星大氣層,由於冰直接從固態升 華為 水蒸汽,冰崖在「消退」過程中很可能會變得更寬、更高。在其中某些區域,裸露在外的水冰沉積物厚度超過了90米。

美國地質調查局地質學家科林·鄧達斯(Colin Dundas)說:「這種地下冰層的分佈比之前認為的更加廣泛。火星表面大約三分之一的區域都有淺層冰,它們記錄了火星近代歷史。我們在冰崖看到了冰層橫截面,這將對我們提供比以往任何時候更加詳細的3D視圖。」

研究人員利用火星勘測軌道器「小型火星偵察成像光譜儀」(CRISM)證實了觀測到的明亮物質是冰凍的水,並非覆蓋在火星表面的薄霜層。之前研究人員使用火星勘測軌道器淺層雷達儀(SHARAD)測繪了火星中緯度地下水冰原地圖,估測地下冰層頂部至表面不到10米。

火星勘測軌道器副項目科學家萊斯利·坦帕利(Leslie Tamppari)稱,如果你在這些地點執行勘測任務,可以沿着斜坡向下的岩層進行取樣,這樣可以詳細洞悉火星氣候歷史。隨着時間的推移,火星液態水會發生什麼變化:它們存在哪裡?冰是什麼時候沉積的?什麼時候消退?這將是亟待揭曉的謎團。(葉傾城)

原文 : cnBeta

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