化学与火星移民
摘 要：化学一直是一门偏向于实际应用的学科，化学的研究与进步推进着人们生产生活方式的改变。从日常的生活到宇宙的探索，都离不开化学的支持。但限于实际情况，我们中学生对化学的学习以课本理论和简单实验为主体，而对于化学的应用常常比较陌生。本文通过对火星移民的畅想，简要的涉及了几个化学的实际应用，激发了学习化学更将其转化为促进生产的工具的兴趣。
关键词：化学应用；火星移民；化学反应
去年一部大热的电影《火星救援》再次讨论了人类在火星生存的可能性。火星一直是人们讨论和关注的热点。为什么火星成为诸多太阳系行星中人类建立移民地的首选，本文结合自己所知的化学知识和已知的火星环境进行畅想。简述了我们如何通过现有的知识与技术实现在火星居住的可能性。
首先，我们可以先看一下通过目前的火星探索和理论研究所知的火星基本环境数据：火星拥有大气层，虽然密度不到地球的百分之一，但相较于其他行星毕竟拥有大气层。火星一天是约为24个小时多一点，日间温度是零下50摄氏度至零上10摄氏度，重力将近地球的40%。要知道，不管一颗星球的资源储量有多么丰富，我们必须考虑的—点是开采难度。而火星的环境对于我们现代机械制造也来说是最温和，可以应用现代工业技术完成比较可靠的火星作业的机械。
另一方面，从人类的生存来讲，在火星上除了开始阶段以外，可以通过一定技术改造实现并不需要太多来自地球的支援。首先，是水——火星上有充足的水，火星两极存在大量冰盖，并且火星土壤中也检测到含水，非常常见的蒙脱石黏土，能够吸收占自身重量百分之几十的水分。另一比较重要的条件是能源，以我们现在的科技水平设想，无疑是太阳能和化学能源。这时我们看到火星大气中有取之不竭的二氧化碳。这意味着只要拥有几吨液态氢，就可以实现的反应CO2+4H2=CH4+2H2O，从而制造出甲烷和水。只需6吨液态氢，就足以制造108吨甲烷，更重要的是，这个反应的副产物是水，是人类生活所必须的。而且根据现在的技术，上述这一步骤完全可以在人类登上火星之前，通过机器人建立一套小型自动化设备提前准备起来。这就意味着第一批到达火星的探索者就可以开始使用火星本土产的电力、水和氧气。同时甲烷不仅作为化学能源供给，还可以为返程的宇宙飞船作为补给燃料。但是长期立足火星来说，太阳能仍是最佳的选择，但是建立大规模太阳能发电板依赖从地球运送是不现实的。这时，火星的环境又提供了新的便利。
经过几次的火星探索，我们知道火星上的表层土壤，最常见的材料就是二氧化硅。这时我们可以利用从地球上带一定的碳粉，与火星土壤里的二氧化硅加热，SiO2+2C=Si+2CO。当然，此时Si的纯度还不足以制造太阳能板。所以需要将粗硅放在热氢气里过浴，得到硅烷。然后再将硅烷高温分解，进一步提纯得到太阳能板和计算机芯片的原材料Si。同时，这一过程中硅烷可以在二氧化碳里燃烧，产生大量能量。火星大气中CO2占比高达百分之九十多，所以这一反应不仅原料丰富易得，而且能够提供能量，所提取的Si又是建造太阳能板的基础材料，可谓一举三得。
度过了初期环境与能源的难关，我们就要考虑如何大规模的建筑。毕竟，少数人可以依赖太空舱居住，但大规模建筑从地球供给是不现实的。我们已知火星的土壤中还含有大量的Ca和S，在化学上以石膏的形式存在。已经有实验证实，仅仅是将火星土壤弄湿再晾干，硬度就可以达到比地球上的常规水泥的一半多。要是加水烘烤，就可以得到初期基础建设材料，火星产的红砖。
另外，大规模建成铺开的太阳能板可以提供充足的电能，然后从火星两极冰盖取得大量的水分，于是我们就有了H2O=H2↑+O2↑的电解水的反应。拥有了充足的氢和氧，结合火星大气中丰富的CO2，土壤中常见的Ca、S、Si等，塑料、玻璃、陶瓷等都可以在火星进行本地化生产。
另外，金属，火星之所以是红色的就因为它富含大量的赤铁矿（Fe2O3），而且还含有非常丰富的铜。在拥有了一定的基础和充足的能源与氧气之后，金属冶炼也能够在火星顺利实现。并且在火星环境下，由于火星重力只有地球40%，此时铁的重量就降低到了近乎于地球上铝的程度铁而其韧性和硬度均不发生不变，使得铁成为了绝佳的金属材料。
再来说说火星上的土壤。通过目前进行的多次火星探测来看，火星上不仅大量存在对有机物来说最重要的三种素：碳、氢、氧。而且，火星土壤中磷、鈣、镁、硫、铁、锰、锌、铜各种元素，火星土壤的含量都比地球的含量更高，而且生物可直接利用的以硝酸盐形式存在氮元素的含量也不少。这就为在火星上培育作物打下了坚实的基础。
综上所述，只需依赖几个简单的化学反应的帮助，人类只需要完成初期的推进，就可以在火星上建立起一个适合人类的可以实现完全自给自足的一个高科继循环体系。火星简直可以说是一个为人类准备的工、农业基地！就是伴随科技的进一步发展，火星上仍然有着可以满足核聚变反应的五倍于地球的氘。
改造火星的几个化学反应中，有些我们甚至曾经在实验室中都亲手完成过。然而就是通过这样几个看似简单的反应，却可以将荒芜的火星一步步转变为人类探索宇宙的前哨阵地。而反推至几百年前的地球，正式化学的一步步发展，建立起了我们现代科技生活的物质基础。这才是我们学习和研究化学的意义所在。
参考文献：
[1] 罗伯特·祖布林（Robert Zubrin）.赶往火星.
作者简介：
李佳正（1999-），男，汉族，山西介休人。
