簡要

科學(xué)家們早就知道火星上有水，他們記錄了地表下的冰、土壤中鎖住的水分以及稀薄大氣中飄散的水蒸氣。未來人類火星任務(wù)面臨的挑戰(zhàn)并非在火星上找到水，而是如何真正提取和利用水。

在《空間研究進(jìn)展》期刊上的論文《火星水：水的出現(xiàn)及獲取技術(shù)的評估》對可用于火星的潛在水獲取技術(shù)進(jìn)行了比較分析。該論文還評估了從火星各種水源（包括地下冰、土壤水分和大氣水蒸氣）中提取水的可行性，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定了這些水源。

火星上含有水，但主要以地下永久凍土的形式存在。在某些地方，例如北極冰蓋附近的科羅廖夫隕石坑（Korolev Crater），地表水清晰可見。

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斯特拉斯克萊德大學(xué)的瓦西里斯·英格萊扎基斯博士在一項新研究中著手解決這一實際問題，該研究比較了各種能夠從火星上提取水的技術(shù)。以往的研究側(cè)重于確定水的存在地點(diǎn)，而這項分析則著眼于至關(guān)重要的下一步，即評估每種提取方法在真實的火星環(huán)境下的有效性。

可靠的水源不僅對飲用至關(guān)重要，而且對生產(chǎn)氧氣和燃料也必不可少，這將大大減少對從地球運(yùn)輸物資的依賴，而運(yùn)輸成本將極其高昂。一個能夠自給自足的火星基地需要本地水源，而且需要能夠在遠(yuǎn)比地球上任何環(huán)境都惡劣的條件下正常運(yùn)行的取水系統(tǒng)。

從火星全球勘測者號拍攝的這張照片中可以看到類似地球上形成的溝壑，人們認(rèn)為這些溝壑是由火星表面的瞬時流水形成的。

英格列扎基斯比較了三種主要水源及其相關(guān)技術(shù)。地下冰層被認(rèn)為是最有前景的長期選擇，一旦鉆探或挖掘設(shè)備到達(dá)通常埋藏在數(shù)米干燥土壤和巖石下的冰層，就能提供大量相對純凈的水。融化冰層的能源成本與產(chǎn)水量相比微不足道，因此這種方法對于永久性定居點(diǎn)而言在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

土壤水分的情況則更為復(fù)雜?；鹦秋L(fēng)化層中含有與礦物質(zhì)化學(xué)結(jié)合的水分子，可以通過加熱將其釋放出來。然而，提取相對較少的水需要消耗大量能量，因此更適合作為補(bǔ)充水源或應(yīng)急備用，而非主要水源。

大氣水收集或許是最引人入勝的可能性，尤其對于那些探索遠(yuǎn)離已知冰層沉積區(qū)域的任務(wù)而言。火星大氣層中含有水蒸氣，盡管其濃度遠(yuǎn)低于地球上最干旱的沙漠。這項研究提出了一些新的收集方法，可以捕獲這些大氣水分，從而在其他水源匱乏的情況下提供一種潛在的寶貴水源。這項技術(shù)需要持續(xù)運(yùn)行，通過長時間的持續(xù)收集來彌補(bǔ)火星大氣層水分的稀少。

這張地圖顯示了火星美杜莎溝壑地層（MFF）的冰層厚度，假設(shè)塵埃厚度為1000英尺。在這種情況下，如果MFF沉積物中所含水冰的總量融化，足以在火星表面形成一個約3米深的海洋。（圖片來源：歐洲航天局）

該分析從多個方面評估每種方法，包括能源需求、設(shè)備復(fù)雜性、從小型探索任務(wù)到大型定居點(diǎn)的可擴(kuò)展性，以及在火星不同環(huán)境下的可靠性。極端溫度、沙塵暴以及火星腐蝕性土壤造成的設(shè)備損壞等因素，都會影響最終決定哪些技術(shù)能夠真正實用，而不僅僅是理論上可行。

正如英格列扎基斯所指出的，火星的大部分地區(qū)仍未被探索，尋找可利用的水資源的工作仍在繼續(xù)。但了解哪些水資源提取技術(shù)能夠在火星上切實可行，對于規(guī)劃可持續(xù)的任務(wù)和最終的永久定居點(diǎn)至關(guān)重要。這項研究為未來的火星任務(wù)提供了路線圖，使其更加自給自足，并將火星上零星分布的水資源從令人垂涎的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為人類生存的實用資產(chǎn)。

盡管有記錄表明火星上廣泛存在各種形式的水，但大部分水仍然超出早期探險者的實際獲取范圍。這項新的分析匯集了這些發(fā)現(xiàn)，并著重評估如何以及以何種效率收集水以支持人類居住。

來自斯特拉斯克萊德大學(xué)化學(xué)與工藝工程系的作者瓦西里斯·英格萊扎基斯博士表示：“可靠的水源對于人類在火星上的生存至關(guān)重要，不僅用于飲用，還用于生產(chǎn)氧氣和燃料，這將減少對地球資源的依賴。