Buzz
Giải pháp này hứa hẹn sẽ tận dụng tài nguyên có sẵn trên hành tinh đỏ, đồng thời giải quyết được nhiều vấn đề về môi trường khắc nghiệt tại đây.
Khi dân số Trái Đất ngày càng gia tăng và áp lực lên tài nguyên ngày một lớn, các nhà khoa học đang nghiêm túc xem xét khả năng xây dựng các khu định cư lâu dài ngoài Trái Đất. Trong số các lựa chọn, Sao Hỏa được coi là điểm đến khả thi nhất, mặc dù điều kiện sống trên đó vô cùng khắc nghiệt.
Nhiệt độ cực thấp, áp suất khí quyển rất thấp và mức bức xạ cao khiến việc chọn lựa vật liệu xây dựng phù hợp trở thành thử thách lớn. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới đang thu hút sự quan tâm khi đề xuất băng, một vật liệu tưởng chừng mong manh, có thể trở thành nền tảng cho các công trình trên Sao Hỏa.
Nghiên cứu do Rafid Quayum, nghiên cứu sinh tại Đại học Harvard, thực hiện, đặt ra câu hỏi quan trọng về tương lai con người trên các hành tinh khác. Nhóm nghiên cứu tìm kiếm những giải pháp bền vững, lấy cảm hứng từ các hệ thống tự nhiên trên Trái Đất để duy trì sự sống ngoài Trái Đất. Trong các lựa chọn, băng được coi là một ứng cử viên tiềm năng.
Theo nhóm nghiên cứu, băng sở hữu một sự kết hợp đặc biệt của nhiều lợi ích. Nó có khả năng hấp thụ bức xạ, cho phép ánh sáng nhìn thấy xuyên qua và tạo ra hiệu ứng nhà kính tự nhiên bên trong các không gian kín. Nếu khai thác và tinh chế trực tiếp từ Sao Hỏa, băng có thể giúp giảm thiểu chi phí và năng lượng vận chuyển vật liệu từ Trái Đất.
Việc xây dựng bằng băng không phải là điều hoàn toàn mới mẻ với loài người. Trong nhiều thế kỷ qua, người dân ở các vùng lạnh giá đã sử dụng băng và tuyết để xây dựng các công trình tạm thời và lâu dài.
Từ các túp lều tuyết igloo và quinzhee của người Inuit ở Greenland và Bắc Cực Canada cho đến những công trình Kamakura ở Nhật Bản, băng đã chứng minh khả năng giữ nhiệt, chắn gió và thích nghi với môi trường lạnh. Những kinh nghiệm này trở thành nền tảng để các nhà khoa học nghiên cứu việc ứng dụng vật liệu này trong bối cảnh ngoài Trái Đất.
Tuy nhiên, việc tìm nguồn băng phù hợp trên Sao Hỏa lại không dễ dàng. Armin Kleinboehl, nhà khoa học hành tinh tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực ở California, cho biết các cực của Sao Hỏa chứa nhiều băng nhưng lại trải qua các chu kỳ mùa khắc nghiệt, không thích hợp cho các khu định cư lâu dài.
Nếu xây dựng ở những khu vực này, con người sẽ phải di chuyển trước khi mùa đông vùng cực bắt đầu. Vì thế, các kế hoạch nhiệm vụ thường tập trung vào các vĩ độ trung bình phía bắc, nơi có lớp băng ngầm nông và dễ tiếp cận hơn, đồng thời nhận được nhiều ánh sáng Mặt Trời.
Một trong những ưu điểm lớn của các mái vòm băng so với những nơi trú ẩn làm từ đất bề mặt của Sao Hỏa là khả năng cho ánh sáng tự nhiên xuyên qua. Điều này không chỉ có lợi cho việc trồng trọt mà còn giúp cải thiện sức khỏe tâm lý của con người trong môi trường sống khép kín và cô lập.
Dù băng trên bề mặt Sao Hỏa có thể khó khai thác ở một số khu vực, nhóm nghiên cứu nhận thấy tài nguyên này lại rất phong phú trên các thiên thể băng giá khác như Ceres hay Callisto, mở ra cơ hội khai thác liên hành tinh trong tương lai.
Để đánh giá tính khả thi của ý tưởng, nhóm của Quayum đã xây dựng mô hình các mái vòm băng giả định đặt tại vĩ độ trung bình của Sao Hỏa. Ở khu vực này, nhiệt độ ban ngày dao động từ âm 56 đến âm 37 độ C, đủ thấp để băng không bị tan chảy. Tuy nhiên, nhiệt độ chỉ là một phần của thử thách. Áp suất khí quyển trên Sao Hỏa chỉ bằng chưa đến 1% so với Trái Đất, khiến nước lỏng không thể tồn tại ổn định.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đề xuất sử dụng phương pháp chưng cất chân không để tinh chế băng ngay tại chỗ. Băng được làm nóng sẽ bốc hơi trực tiếp thay vì tan chảy. Hơi nước sau đó được thu lại, nén dưới áp suất cao để ngưng tụ thành chất lỏng, loại bỏ tạp chất rồi đông lạnh trở lại thành băng trong suốt. Quá trình này giúp tạo ra lớp vỏ băng vừa truyền ánh sáng Mặt Trời vừa đóng vai trò như một tấm chắn bức xạ.
Trong các mô hình, mái vòm băng được gia cố bằng các lớp vật liệu chống thấm nước để ngăn nước tan chảy từ bên trong thấm vào lớp vỏ, giữ cho kết cấu không bị suy yếu. Một lớp cách nhiệt bằng aerogel giúp làm chậm quá trình truyền nhiệt, duy trì lớp băng bên ngoài luôn dưới điểm nóng chảy. Bên trong mái vòm, ánh sáng Mặt Trời làm ấm không khí và tạo ra sự đối lưu, giúp phân phối nhiệt đều đặn.
Theo Robin Wordsworth, nhà khoa học hành tinh tại Đại học Harvard và là thành viên nhóm nghiên cứu, các mô hình nhiệt và mô phỏng cấu trúc ba chiều cho thấy mái vòm băng có thể duy trì sự ổn định trong điều kiện nhiệt độ trung bình của Sao Hỏa, khoảng âm 58 độ C. Những kết quả này dự kiến sẽ được trình bày tại Hội nghị thường niên AGU 2025 ở New Orleans vào ngày 16 tháng 12.
Dù có nhiều hứa hẹn, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng cần thực hiện thêm rất nhiều nghiên cứu trước khi ý tưởng này trở thành hiện thực. Sao Hỏa có các biến đổi mùa giống Trái Đất, yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ bền lâu dài của các công trình bằng băng. Đây là vấn đề mà nhóm nghiên cứu mong muốn tiếp tục nghiên cứu.
Để đưa khái niệm khu định cư băng ra ngoài lý thuyết, các nhà khoa học đặt mục tiêu thực hiện các thử nghiệm thực địa tại những môi trường khắc nghiệt trên Trái Đất, có điều kiện tương đồng với Sao Hỏa. Các khu vực như Nam Cực với nhiệt độ dưới 0 độ C hoặc những vùng có áp suất thấp như dãy Himalaya được coi là địa điểm lý tưởng cho các thử nghiệm ban đầu. Nếu thành công, các cấu trúc này có thể được đánh giá về khả năng sinh sống và độ bền.
Theo Quayum, viễn cảnh các nhà khoa học có thể đến những hành tinh khác, tiến hành nghiên cứu thực địa và thậm chí sinh sống trong các công trình bằng băng là một điều hấp dẫn. Dù còn rất lâu nữa từ mô hình đến hiện thực, nghiên cứu này đã mở ra một hướng tiếp cận mới cho giấc mơ định cư ngoài Trái Đất của nhân loại.
