位于拉格朗日点L1的火星电磁屏蔽的概念，该点位于火星约320半径的距离处。 插图：NASA / J.Green

埃隆·马斯克（SpaceX董事）在推特上建议使用局部电磁场发生器保护火星上的殖民者。 他用这句话来回应一个批判性言论，即没有磁层就不可能与地球上的人们达成解决方案。 马斯克（Elon Musk）随后谈到了发电机。

立刻引起了关于这种解决方案的技术可行性的讨论。

有人记得美国宇航局专家曾提出过类似的想法，但只是为了保护整个火星。 磁场发生器的概念在美国宇航局行星科学部于2017年2月至3月组织的``行星科学愿景2050年研讨会''会议上进行了讨论。

磁屏蔽

该概念涉及在拉格朗日L1点安装磁屏蔽，以保护火星大气免受太阳风和宇宙辐射的影响。



根据科学共识，火星曾经具有保护大气层的磁场。 大约42亿年前，磁场突然消失，导致火星大气缓慢扩散。 在接下来的5亿年中，火星已从温暖潮湿的环境转变为今天我们所熟知的寒冷而无人居住的地方。

这一理论得到了诸如ESA的“火星快车”和NASA的“火星大气团”（MAVEN）等轨道飞行器的支持，它们分别自2004年和2014年以来一直在研究火星大气。 他们收集了证据证明太阳风是火星大气层损失的罪魁祸首，并测量了现在大气层仍然消失的速度。 现在，火星大气层的密度约为地球的1％，离子的损失被火山活动部分抵消。

显然，没有大气层，火星将仍然是一个寒冷干燥的星球，在那里很难发展正常的生活。 此外，计划在2030年代被派往那里的第一批殖民者将面临严重的危险。 首先，这是辐射暴露和在没有氧气的情况下发生窒息的危险。

科学工作的主要作者，美国宇航局行星科学部主任吉姆·格林（Jim Green）和同事在会议上提出了一个雄心勃勃的想法。 实际上，他们建议将磁偶极子屏蔽罩放置在Lagrange点L1处。 它将形成一个覆盖整个星球的人造磁层，保护它免受太阳风和宇宙辐射的影响。

格林及其同事承认，这个想法听起来有些“怪异”，但最近对微型磁层的研究（保护航天器及其人员）得到了证实。 作者认为，将来有可能建造一个“充气结构”，该结构将在1或2特斯拉（10,000至20,000高斯）的水平上感应出一个磁偶极子，作为对太阳风的主动屏蔽。 为了进行比较，地球上医院中的现代磁共振成像系统会感应出1.5–3特斯拉的磁场，也就是说，这种屏蔽层并不是虚构的。

该磁屏蔽的位置将为两个丢失了大部分火星大气的区域提供屏蔽：北极上方和赤道区域的氧离子季节性损失高达0.1 kg / s。 协调社区建模中心（CCMC）进行的一系列模拟证实了该想法是可行的。

屏蔽效果

这种屏蔽罩使大气随着平均温度的升高而累积约4°C。 这足以融化北极极冰帽中的二氧化碳冰。 结果将是温室效应，这将进一步使大气变暖，并导致极性帽中的水冰融化。 根据格林与同事的计算，这次行动的结果将是恢复火星海洋的1/7的海洋-覆盖数十亿年前的海洋。

出乎意料的是，一个磁屏蔽的效果与火星完全地形形成的效果相吻合。


地形改造后的火星。 图片：Ittiz / Wikimedia Commons

2040年代后的这种转变将使您可以在露天环境中种植植物，在地面上放置更多设备，更容易产生氧气等。在将来，它为火星的完全殖民化开辟了道路。 科学家们现在正在研究新的模拟，以更准确地估计预计的变化将花费多长时间。 计算这种磁屏蔽的成本也是有意义的。

也许这正是埃隆·马斯克（Elon Musk）在谈到局部电磁场发生器时所想到的想法。 还是他的意思是便携式磁场发生器直接安装在火星表面或在轨道上以仅保护本地殖民地？ 想法是一样的，只是野心较小。

除了位于拉格朗日点的磁场发生器外，科学家还表达了另一种想法（请参见2008年的科学著作 ）：用超导电缆围绕地球。 下图显示了针对地球的此类项目的示意图。



液氮冷却的40,000公里长电缆重1,500万吨，其中最长的电缆将产生7.1 Tesla磁场。

但是，该项目似乎更加不寻常且难以实施。

可行性

实际上，为了抵御太阳风，非常弱的磁场就足够了，就像在地球上一样（表面上25–65μT，比电冰箱要小一个数量级）。

如前所述，在火星盾牌区域感应1-2特斯拉并不是一个大问题。 但是问题来了：用于磁屏蔽的能源是什么？ 也许要在拉格朗日点放置几颗带有核发电机的卫星？ 同样，与MRI系统相比，带有超导磁体的高场MRI的功耗高达35 kW。 调速发动机可能需要更多的燃料，因此带有护罩的工位可以在L1点保持其精确位置。

本地发电机将需要更少的感应和更少的功耗，因此Elon Mask的建议似乎是完全可行的。