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把大气层还给火星

火星往事

地球无疑是幸运的,有厚厚的大气层,有水,有适宜的温度,生命得以在此繁衍生息。

获益的我们应该感谢地球的磁场,试着想象一下如果没有地球磁场,地球会是什么模样?大概大气早被太阳风剥离了,地球会变得干燥寒冷,生命也难以生存。如今的火星就是这个样子,只有部分磁场,大气稀薄,十分寒冷。

但是,曾经的火星可不是如今这般。

很久很久以前,大约35亿年前,火星也曾有着厚厚的大气层,如同裹着棉衣,自然不会像现在这般寒冷,那时的温度正好,有大量的液态水在这个星球的表面流动,也许还有湖泊和海洋,说不定曾有生命存在过。

火星也曾有强大的磁场,科学家认为在火星形成之初的5~10亿年的时间里会形成磁场。和地球一样,火星的磁场是由于内核的高温高压产生的。然而,火星内核却逐渐冷却了,冷却的内核无法继续为磁场提供动力,火星磁场也就逐渐停止了工作,到如今只剩下部分磁场了。火星失去磁场后,无法牢牢地抓住大气,将近90%的大气被高速太阳风剥离,火星也在时间的流逝中渐渐成为了如今的模样。

这不禁让我们思考,如果给火星造一个磁场,是否能够将大气层还给火星,火星是否就能够有适宜的温度,有液态水,适宜生命的生存?

造一个磁场

不仅地球在变暖,火星也在变暖。许多专家认为,自然条件下,未来火星的温度会逐渐升高,并且能够重新获得足够厚的大气层。温度的升高会使火星北极冰冠的干冰升华释放出二氧化碳,加速温度的升高。冰冠的水冰也会逐渐融化,形成液态水。这是火星变化的趋势。只不过,这一变化要花上7亿年的时间,这个时间对于人类来说,太长。因此人类想要自己动手,将这一变化提前。

行星的大气从哪儿来?类地行星或卫星的稀薄大气主要来源于释气。释气指的是物质因为分解等变化释放出气体。火星上同样有释气现象,但这些气体却不能累积下来,因为有太阳风的存在。

太阳风是怎样形成的呢?原来,太阳表面的氢、氦等原子,在太阳日冕层的高温下,被电离成质子、原子核和电子。带电粒子运动速度极快,能够挣脱太阳引力向外抛洒,形成太阳风,太阳风的速度在250km/s~750km/s之间。这样高速的太阳风能轻易将行星上裸露的大气拐走。科学家发现,火星上太阳风所剥离的大气与火星释气所放出的大气在某种程度上达到平衡。如果能够阻挡或减小太阳风的影响,那么火星大气就能够逐渐累积起来。

以我们在地球上的生活经验来看,阻挡太阳风最有效的便是磁场。那么磁场该怎么造?

人造磁场运用的是电生磁原理。在火星与太阳之间的拉格朗日点L1处放置一个大型磁偶极子。

磁偶极子是封闭循环的电流,放置的这个磁偶极子能够产生一个人造磁场。在L1处,磁偶极子产生的人造磁场轨道周期将与火星的轨道周期一致,相对太阳和火星位置不变。而火星的位置位于这个磁场的磁尾中。太阳风将磁场中束缚的等离子吹走,形成磁尾,磁尾可以延伸到很远的地方,例如地球磁场的磁尾可以延伸到月球轨道以外。但是等离子不会一去不复返,它们延伸到磁尾终端后会返回到磁场中。由于磁场的阻挡作用削弱了太阳风对火星大气的剥离,在释气的作用下,火星大气逐渐累积。

人造磁场难题多

人造磁场的难点在于火星的状况并不是一成不变的,造磁场还得将火星各种条件的变化考虑在内,但是科学家认为这些难题都可以解决。

那么有了新磁场的火星到什么时候才能够适宜人类居住呢?关于这点现在还无法确定,因为目前火星平均昼夜温差达到约77℃,要达到适宜人类居住的温度,火星大气要显著增多。美国宇航局行星科学部部长詹姆斯·格林认为到21世纪中期,科学家们就能够做出判断。

另外还需要考虑人造磁场是否对太阳风起到阻挡作用。火星气象专家模拟人造磁场对太阳风阻碍作用,在模拟中,人造磁场的强度是地球磁场的1.6倍。结果发现,只要磁场足够强,那么对太阳风的阻挡作用是非常可观的,所以运用人造磁场阻挡太阳风是完全可行的。并且,有最新的研究表明,小型的人造磁场已经可以运用于保护航天员和宇宙飞船了,如果能够造出更大的磁场,也能将火星纳入保护范围。

给火星造磁场,还火星大气层,听起来似乎是天方夜谭,但只要科技不断发展,对火星研究更加透彻,也并非不可能。人类在宇宙中遍寻不得宜居之地,也许我们能够在我们的邻居那儿自己构造一个宜居的新家园。

小贴士:

在天体力学中,两个天体环绕运行,空间中有五个位置能够放入第三个物体,使这个物质与其他两个天体保持相对静止,这五个位置称做拉格朗日点。这五个位置分别被命名为L1、L2、L3、L4、L5,其中L1位于两个天体之间的连线上。

磁偶极子

磁偶极子是类比电子和质子(二者合称电偶极子)而建立的物理模型。磁偶极子是一段封闭回路电流,可产生磁场。地磁场也可以看作是由磁偶极子产生的场。

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