如何给火星一个大气层

E地球是最幸运的，它周围有巨大的磁场网。如果没有它们，我们的大部分大气层在很久以前就会被强大的太阳风逐渐刮走，这样就不可能有像我们这样的东西存在了。

科学家们知道，火星也曾有过强大的磁场，很可能是在它的早期历史时期，当时火星更温暖、更潮湿。它们所剩无几，地球寒冷而干燥。这些理解导致了一个有趣的问题:如果火星有一个有效的磁层来保护它不受太阳风的影响，它能再次形成更厚的大气层、更温暖的气候和液态水吗?

美国宇航局行星科学部主任詹姆斯·格林认为可以。也许在我们的帮助下，这样的变化可以发生在一个人的身上，而不是一个天文数字的时间框架内。

在NASA总部举办的“2050年行星科学展望”研讨会上，格林介绍了模拟、模型和关于火星磁场如何重建以及火星气候如何对人类探索更加友好的早期思考，或许，社区.

它包括创建一个“磁屏蔽”，以保护地球免受高能太阳粒子的影响。屏蔽结构将由一个大的偶极子组成，偶极子是一个闭合电路，其功率足以产生人造磁场。模拟显示，这种屏蔽将把火星留在由该物体产生的磁场中相对受保护的磁尾中。一个潜在的结果是：太阳风对火星大气的大规模剥离结束，气候发生重大变化。

“太阳系是我们的，让我们拥有它，”格林在研讨会上说。当然，这也包括火星。但为了让人类能够探索火星，与我们一起做科学，我们需要一个更好的环境。”

这是吗？”仿地成形“人类使火星更适合人类居住的过程是什么？”？这是一个有趣但有争议的想法，已经存在了几十年，格林对完全接受这个想法持谨慎态度。

他在一封电子邮件中写道:“我对地球化的理解是，人类故意向大气中直接添加气体，覆盖整个星球。”“我可能在这里吹毛求疵，但在我的模拟中，没有什么是火星不会自己创造的。实际上，这一概念只是加速了一个自然过程，而这个过程极有可能在更长的时间内发生。”

他在这里指的是，许多专家相信，无论人类做什么，火星未来都会变得更温暖，大气层也会更厚。然而，就其本身而言，这个过程将需要很长时间。

大气压力相对较小的变化可以阻止宇航员血液沸腾。

为了进一步解释，我们先来了解一下火星的历史。

35亿多年前，火星的大气层要厚得多，这使得火星表面温度适中，足以让大量的地表水流动、汇聚，甚至可能形成海洋。(谁知道呢，也许生命就要开始了。)但由于火星的磁场在其铁质内核以某种方式解体后解体，大约90%的火星大气被太阳风中的带电粒子剥离，太阳风的速度可达到每秒250至750公里。

当然，火星是寒冷和干燥但格林表示，太阳系的动态预示着某一天地球将再次变暖。他说，科学家们预计，太阳逐渐增加的热量将使地球变暖，足以释放出覆盖在北极的冻结的二氧化碳，并使水冰流动，最终将形成某种温室气体。但这个过程预计需要7亿年。

格林说:“我的想法的关键是，我们现在知道，火星很久以前就失去了磁场，太阳风一直在剥离大气(尤其是氧气)，而太阳风与火星的气体逸出处于某种平衡状态。”“如果我们显著减少剥离，一种新的、更高压力的大气将随着时间的推移而演变。压力的增加引起温度的升高。我们还没有准确计算出新的均衡是什么，以及需要多长时间。”

原因是格林和他的同事们发现他们需要在大气模型中添加一些额外的物理，随着时间的推移，动力学将变得更加重要和清晰。但他相信这些物理学将得到发展。他还表示，目前环绕火星的欧洲航天局(European Space Agency)微量气体轨道器(Trace Gas Orbiter)应该能够识别出在火星大气变化中可能发挥重要作用的分子和化合物。

因此，基于这些新的磁场模型和对火星未来气候的预测，什么时候火星气候才会发生足够的变化，变得对人类更加友好呢?

在模拟中，磁场强度约为地球磁场强度的1.6倍。

嗯，大气压力的一个相对较小的变化就可以阻止宇航员的血液沸腾，所以防护服和衣服的设计会更简单。但现在火星上的平均每日温度范围是170华氏度，这将需要相当大的时间大气的修改为了让这更合适。

格林的工作坊专注于21世纪中叶可能发生的事情，因此他希望届时在这一领域取得一些进展。

这篇论文的许多有趣的方面之一是，它参与了美国宇航局的一项工作，将从预测全球气候到火星空间天气的各种基本模型联系起来。例如，火星潜在人工磁层的建模依赖于美国宇航局太阳物理学所做的工作——对我们自己的太阳的相当先进的研究。

火星空间天气专家董传飞是这篇论文的合著者，并做了大量的建模工作。他现在是普林斯顿大学的副研究员。他使用block - adapttree Solar-Wind Roe-Type Upwind Scheme (BATS-R-US)模型来测试人工磁气圈的潜在屏蔽效应，发现当产生的磁场足够强时，屏蔽效应是可观的。事实上，这足以极大地限制太阳风造成的火星大气损失。正如他解释的那样，人工偶极子磁场必须旋转，以防止白天侧的重新连接，而这反过来又防止了夜晚侧的重新连接。

如果人造磁场不能正确阻挡太阳风，火星可能会失去更多的大气层。这就是为什么地球需要安全地处于人造磁层的磁尾内。

在他们的论文中，作者承认人造火星磁层的计划可能听起来“异想天开”，但他们说，新兴的研究开始表明，微型磁层可以用来保护人类和航天器。他们说，在未来，一个可膨胀的结构很有可能产生一个磁偶极子场，可能达到1或2特斯拉(一个测量磁场强度的单位)的水平，作为一个主动屏蔽太阳风。在模拟中，磁场强度约为地球磁场强度的1.6倍。

A下面是这篇短文的“结果”部分：

“目前已经确定，火星温度平均变化约4摄氏度，将提供足够的温度熔化CO₂覆盖在北极帽上

“大气中一氧化碳的增加₂这是一种温室气体，它将开始融化被困在火星北极冰盖的水。据估计，近七分之一的火星古海洋被困在冰冻的极地帽。火星可能会再次成为一个更像地球的宜居环境。

我们将对这些模拟的结果进行审查，并预测火星可能需要多长时间才能成为一颗令人兴奋的新行星进行研究和生活。”

马克·考夫曼写过两本关于太空的书:火星近景：好奇号任务内部和第一次接触：探索地球以外生命的科学突破。他也是一位经验丰富的记者，在《华盛顿邮报》和《费城询问报》. 而“许多世界”专栏这篇文章是在获得许可后转载的，得到了美国宇航局天体生物学项目的支持和通知，发表的任何意见都是作者个人的意见。

注意：以下是驱动太阳风的因素。

这篇文章最初于2017年11月发表在《如此浪漫的事实》上。