火星變地球

火星變地球是一個假設的過程，其中氣候、表面及已知的火星特性會被人類和其他地球生命為了使其適合居住而進行有意改造，從而為在火星進行大面積安全和可持續(xù)的殖民提供可能。

根據地球上的經驗，一個行星的環(huán)境可以人為改變，然而現在還不知道創(chuàng)造一個不受限制的行星生物圈是否可行。下面要描述的幾種方法人類科技可能會達到，但目前運用這些辦法所需的經濟資源遠遠超出任何國家或社會為此而愿意承擔的程度。

背景

火星由許多土壤礦物組成，理論上可以形成土壤，而且最新的研究表明，火星表面下至緯度60°以及兩極表面大量的永久冰凍土中，夾雜著干冰、凝固的二氧化碳。也有猜測認為在較深的外層中有大量的冰存在?；鹦窍募井攦蓸O凝固的二氧化碳回升到大氣層，殘余少量的水，大風將其從極地刮走，速度高達400千米，小時。這種季節(jié)性的事件將大量的塵土和水氣帶人大氣，形成類似地球上的卷云。

大氣中只有微量的氧氣存在，但是在火星表面的金屬氧化物中也存在大量的氧。有些氧也以過硝酸鹽的形式存在于土壤中?！傍P凰”著陸器對于土壤標本的分析表明高氯酸鹽的存在，它可以用來釋放化學氧發(fā)生器中的氧，如果有足夠的電，還可以利用電解法將火星上的水分解為氧和氫。

有人認為火星在其初期相對來說曾經有一個類似地球的環(huán)境。這種相似性表現為較厚的火星大氣層，以及過去在火星表面水的明顯存在。經過幾百萬年的演化，氣體逃入太空，火星大氣漸漸稀薄，火星本身也凝縮成堅固的形態(tài)。水雖然似曾存在于火星表面，現在看來只存在于兩極，而且是行星表面之下的永久性凍土。形成現今大氣條件的精確機制雖然提出一些假設，但還不能完全知曉。假設之一是今天的火星引力表明上層大氣中較輕的氣體可能促成了大氣的稀薄，使過多的原子逃入太空?；鹦前鍓K結構的明顯缺乏是另一個可能發(fā)生作用的因素，因為構造活性的缺乏在理論上會降低氣體從封閉在沉積物中返回到大氣中的再循環(huán)。由于沒有磁場和地質活性，所以火星體形較小，這樣它的內部比地球冷卻得要快得多，當然這個過程的細節(jié)仍然是個未知數。然而，沒有人認為這種過程對大多數動物物種典型的壽命會有重大的影響，或者甚至對人類文明的時序會有什么影響，而且大氣的緩慢遺失甚至會被一直進行中的低水平的人工維持抵消。

需要的變化

火星變地球必然導致兩個重大的相互交錯的變化：大氣的建立及其保溫?；鹦堑拇髿庀鄬ο”。虼说孛鏆鈮汉艿?，只有O.6千帕，而地球為101.3千帕?；鹦谴髿獾慕M成為95％的二氧化碳，3％的氮，1.6％的氬，以及微弱的氧、水和甲烷。既然它的大氣主要是二氧化碳，一種已知為導致溫室效應的氣體，行星一旦升溫，會有更多的二氧化碳從兩極冷庫中釋放并進入大氣層，加劇溫室效應。這就意味著大氣形成和升溫這兩個過程會相互促進，對于變地球會有利。然而，在足夠的時間內對某些技術進行控制應用以便實現持續(xù)變化在很大程度上需要將這種理論變?yōu)楝F實。

建造大氣

建造火星大氣的主要途徑是輸入水，比如說，從小冰星或者從木星或土星的冰衛(wèi)上獲得。給火星大氣添加水和升溫是在這個干燥寒冷的世界營造適合生命的良好環(huán)境的關鍵。

大氣和水圈工程也可以輸入氫。氫的輸入和反應會因大氣中一定水平的二氧化碳通過博施反應產生熱量、水分和石墨，而氫和二氧化碳通過薩巴杰反應會產生甲烷和水。另一個辦法就是輸入土衛(wèi)六大氣中常見的甲烷或其他碳氫化合物。甲烷可以排放到大氣中，在大氣中它會調和溫室效應。

甲烷(或其他碳氫化合物)也可以用來迅速增加火星的大氣壓，這些氣體可以通過下列反應給火星大氣生產水分和二氧化碳：

CH₄+4Fe₂O₃=>C0₂+2H₂O+8Fe0

這個反應可能會由熱量或火星上的太陽紫外線照射啟動，產生的大量產物(二氧化碳和水)可引發(fā)光合過程。

當星球變暖，極冠上的二氧化碳會升華到大氣層，促成溫室效應。移動氣體所產生的巨大氣流會帶來持續(xù)的大塵暴，通過吸收太陽輻射直接加熱大氣中的分子而促使行星變暖，最終火星溫度上升至一定程度，使二氧化碳不能在兩極凝固，但因氣壓極低液態(tài)水仍然不能形成。

在嚴重的沙暴消退之后，可以想象這個溫暖的星球會適合某些形式的地球生命居住，可以在南極生存的某些水藻和細菌就可以到這里生存。通過火箭滿載水藻孢子，將其送達冰凍的極地區(qū)域，它們不但會生長，而且會在這個無競爭、高輻射、二氧化碳高含量的環(huán)境中茁壯成長。

如果水藻成功地將自己擴散到這個星球的一些地方，這將產生暗化表面的效用，降低行星的反照率。通過更多的陽光，地面會使大氣進一步升溫。而且大氣會從水藻獲得少量的新氧，當然這時氧氣還沒有充足到供人類呼吸。如果大氣密度加大，大氣地面氣壓會升高，接近地球的地面氣壓。最初，在大氣中沒有足夠的氧氣之前，人類可能只需要隨身攜帶一個呼吸面具和一小罐氧氣。為了給空氣增加氧含量，可以建造一些工廠減少土壤中的金屬，有效地獲得所需金屬原料和副產品氧，人類也可以通過攜帶植物(以及肥沃耕土中固有的微生物)到火星，為火星大氣建立一個可持續(xù)的氧源。

另一個方法更復雜，就是利用氨作為強大的溫室效應氣體(大自然很可能以冷凍形式在外太陽系軌道的星狀物中貯備了大量的氨)，也許可以將它們送入火星大氣(比如說，通過巨大的核彈使其朝著正確的方向爆炸)。既然氫中含有大量的氨(NH3)，大氣層中需要緩沖氣體的問題也就迎刃而解了。持續(xù)不斷的小型撞擊也會有助于溫度和大氣質量的升高。

尋找緩沖氣體是建造大氣工程中的一項艱巨任務。在地球上，氮是大氣的主要成分，占大氣的77％?；鹦切枰愃频木彌_氣體成分，當然不一定需要那么多。然而，搞到大量的氮、氬或其他某種相對惰性的氣體還是相當困難的。

增加熱量

這個描繪大約集中于本初子午圈和北緯30°，以及假想的海洋，海拔大約在表面平均高度2千米以下。海洋淹沒了現在的Vastitas Borealis區(qū)，Acidalia Planitia區(qū)，Chryse Planitia區(qū)，和XantheTerra區(qū)，能夠看到的大陸左側為TempeTerra區(qū)，下邊是AoniaTerra區(qū)，右下為TerraMefidiani區(qū)，右上為ArabiaTerra區(qū)。匯入右下海洋的河流是現在的Valles Marineris區(qū)和Ares Vallis區(qū)，右下的大湖是現在的Aram Chaos區(qū)。

增加熱量和保存現有熱量是此過程中尤其重要的一個步驟，因為來自太陽的熱量是行星氣候的主要動力?？梢杂幂^薄的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，對其進行鋁處理，將其變?yōu)橐幻骁R子放置在環(huán)火星軌道，以增加火星接收曝曬的總量。這樣做將把陽光導向表面，可以直接增加火星的表面溫度。可以將這面鏡子當作靜止衛(wèi)星，利用其效力作為太陽帆，在相對于火星來說固定的位置環(huán)繞火星軌道運行，升華二氧化碳，促成升溫的溫室效應。

因為人類生存需要氣候的長期穩(wěn)定，可以利用強大的溫室氣體，包括諸如氯氟烴(cFc)和全氟化碳(PFC)之類的鹵烴。這些氣體是人造火星大氣經常受推薦的成分，因為它們具有溫室氣體的強大效力?？梢韵胂螅@樣做相對廉價，可以通過發(fā)射裝載壓縮氯氟烴的火箭到達火星，當火箭撞擊火星地面時，就會將其負荷釋放到大氣中去。持續(xù)發(fā)射這樣的氯氟烴火箭將需要十幾年，在此過程中，火星會發(fā)生化學變化，逐漸升溫。

有一項建議是開采氟礦作為氯氟烴和全氟化碳的來源，這樣做的道理在于火星和地球一樣，這樣的礦藏一定很普通，這樣做可以保持生產足量的最佳溫室效應化合物，以維持火星上“理想”的溫度，作為一種方法維護此前通過其他手段建造的類似地球的大氣。

改變火星表面的反照率也會更有效地利用進來的陽光。用暗色的塵土和煙灰改變表面顏色(可以從火星的“月球”火衛(wèi)一和火衛(wèi)二獲得，因為它們的顏色是暗色，可以在太空將其磨粉，然后“空投”到火星，通過某種方式統一撒到火星表面)，或者利用暗色微生物形式，如地衣會將大量進入到地表的太陽輻射在反射回太空之前將其轉化為熱。利用生物尤其引人注目，因為生物可以自我繁衍。

增加溫度的另一方法可以是將較小的天體(小行星)導向火星表面，其沖擊能將被釋放為熱，可以把火星冰凍汽化，形成溫室氣體。

對付太陽輻射

有人認為，由于太陽輻射度很高，火星上不適宜大多數生物生存。因為沒有磁氣圈，所以太陽把火星大氣削弱到現在這個狀態(tài)，太陽風把大量的能量投放到火星大氣的頂層，使得大氣微粒達到逃逸速度離開火星。的確，這種效應甚至已被環(huán)火探測器檢測到。還有一種理論認為太陽風將困于稱為等離子粒團的磁場泡中的火星大氣撕裂刮走。

然而，從金星看，沒有磁氣圈并不妨礙密集大氣的形成。濃密的大氣也可以對球體表面提供太陽輻射防護，地球上形成極光的極地就是這樣，所以沒有磁氣圈可能不會嚴重影響火星變地球的可居住性。過去，地球常常有磁氣圈發(fā)生變化和時而崩潰的周期。