最近，有很多關於火星的開發和為宇航員和定居者安置基地的計劃。 但如果人們真想有一天住在那裡，這顆紅色星球就必須徹底改造。 這需要什麼？ 人類一直夢想飛向遙遠的星星，人們想在外太空旅行，在其他星球上生活。 最近，關於此類飛行和人類遷移到其他星球的前景的討論和寫作很多，火箭正在建造中，太空探險正在計劃中。 今天，我想考慮一下我們能不能把火星變成一個新地球，如何將這顆紅色星球地球化，原則上是否可行。
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火星上有生命嗎？
火星是最近登上科學新聞和文章頭條的行星。 火星絕對是我們最關注的太陽系行星。 這不僅是因為它非常接近地球（與其他行星相比），還因為它與我們的星球有些相似的特徵。 當然，盡可能在一個沒有生命的天體上，大氣中的氧氣，以及肆虐的沙塵暴覆蓋地球的整個表面。
在過去的幾十年裡，科學家們對火星的演化及其表面狀況有了很多了解，這改變了他們的看法。 雖然這些條件都不是很有利。 我們現在知道，雖然火星目前是一個非常寒冷、乾燥和不適宜居住的星球，但並非總是如此。 此外，科學家們注意到，即使以目前的形式，火星和地球也有很多共同點。 首先，這兩顆行星在大小、軸傾角、結構、成分甚至表面存在水方面都相似。 由於這個原因以及它與地球的相對接近，火星被認為是未來人類定居的主要候選者。 如果可以根據人類需求（地球化）改變地球上的條件，那麼這種觀點將是可能的。 儘管有上述相似之處，但將火星轉變為更適合人類生活的星球會帶來很多困難。 首先，有一種非常稀薄且無法呼吸的大氣，其中包含 96% 的二氧化碳、1,93% 的氬氣和 1,89% 的氮氣，以及微量的氧氣和水蒸氣。
然而，與其背誦關於行星大小和組成的百科全書式的事實，不如看看火星的過去更有趣，因為它可能曾經更像地球。 一些科學家根據火星探測器和漫遊者收集的數據表明，海洋和淺水形式的水曾經覆蓋了這顆紅色星球的大部分地區。 但這可能是大約 4 億年前。 從那以後，情況發生了很大變化，科學家們認為，大氣的變化導致地球上的水消失了。 曾幾何時，火星大氣可能有不同的成分，並且可能密度足以支撐液態水海洋。
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為什麼火星大氣層發生瞭如此大的變化？
在火星表面觀察到的巨大沙子結構與地球上沒有任何相似之處，並且是這顆紅色星球所獨有的。 他們能告訴我們關於火星古老大氣層的什麼信息？ 科學家們假設它們的形成是由於在地球稀薄的大氣層中肆虐的風和颶風對錶面的影響造成的。 它們創造了 3,7 億年前開始形成的特徵沙丘和岩石，我們今天正在研究它們。
因此，研究表面結構可以幫助確定火星何時失去大部分大氣層。 但是氣氛去哪兒了？ 這個問題主要是科學家們感興趣的。 因為火星比地球小，它的引力較弱，可能不足以容納地球的大氣層。 太陽輻射（即從太陽衝入太空的粒子）可能剝奪了火星的大部分大氣層。 事實上，在這種輻射的影響下，火星大氣仍在繼續變薄。
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但那裡仍然有水——有時甚至是液體！
火星上有水，現在也有水！ 火星上生鏽的岩石，也因此被稱為“紅色星球”，見證了充滿水的過去。 火星上覆蓋著深谷、乾涸的河床、湖泊、光滑的石頭——鵝卵石，類似於地球上在水流動的環境中形成的那些。 長期以來，科學家們一直認為火星上的溫暖潮濕時期相對較短，但研究表明，火星的水覆蓋可能存在的時間比以前認為的要長得多。 來自火星軌道的高分辨率成像科學實驗 (HiRISE) 探測器提供了地球表面的數據和極其準確的圖像，研究人員藉此分析了 200 多個古代河床的特徵。 根據通道的大小、形狀和周圍地形的相對年齡，研究小組得出結論，水在 3,8 到 2 億年前流過火星表面。
自 2012 年以來一直在火星表面的漫遊車之一，好奇號，已經提供了火星曾經有水的證據。 使用好奇號火星車的數據，該團隊 美國宇航局 確定是水導致了蓋爾隕石坑中沉積岩的沉積。 這些沉積岩層構成了位於火山口中心的夏普山體的基礎。 從火星車獲得的數據表明，大約在 3,8 到 3,3 億年前，這個位置有許多溪流和湖泊，其沉積物逐漸形成了夏普山的下層。 也就是說，至少山體下層的填充發生在大約 500 億年的時間裡。
這些研究讓科學家有理由說火星表面肯定存在水，並為過去和現在火星進化過程的發展增加了許多新知識。 今天，火星上的水在一層薄薄的火星土壤下以冰的形式存在。 有時，當溫度允許時（在火星上它恰好上升到 +20 攝氏度），冰會局部融化，液態水會順著岩石斜坡流下。
然而，科學家們表示，他們將繼續驗證火星上存在水的事實。 在這個問題上仍然沒有統一的意見。 主要問題是地球從潮濕而溫暖的轉變為沙漠和寒冷的原因是什麼。
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火星如何被地球化？
對此不乏想法。 關於如何使火星適合人類殖民者居住，有幾個建議。 早在 1964 年，Dandridge M. Cole 就提倡在火星上產生溫室效應。 在他看來，如果你從太陽系外部運送由氨組成的冰，然後將其扔到表面，就可以做到這一點。 由於氨 (NH3) 是一種強大的溫室氣體，它進入火星大氣層會使其變稠並增加全球溫度。 由於氨主要由氮氣組成，它還可以用所謂的緩沖氣體填充大氣，與氧氣結合，將創造出適合人類呼吸的大氣。
另一種提議的方法涉及降低反照率（行星表面的光反射強度），為此，火星表面必須被深色材料覆蓋，這將增加對陽光的吸收。 這可能是從火衛一和火衛二（火星的兩個岩石衛星和太陽系中最黑暗的天體）的塵埃到極端地衣和黑暗植物的任何東西。 這一決定最熱心的支持者之一是著名作家和科學家卡爾·薩根。
1976 年，NASA 正式著手處理行星工程問題。 科學家們發現，光合生物、極地冰蓋的融化以及溫室氣體釋放到大氣中都可以用來創造更溫暖、富含氧氣的大氣。
1993年，火星社區的創始人羅伯特·祖布林博士和美國宇航局的克里斯托弗·P·麥凱共同撰寫了論文《地球化火星的技術要求》。 在其中，他們建議使用放置在行星軌道上的鏡子直接加熱其表面。 這些鏡子位於兩極附近，可以融化冰蓋並導致全球變暖。 在同一篇論文中，他們認為收集在太陽系中的小行星可以重新定向撞擊地表，揚起塵埃並加熱大氣。 為什麼需要使用核電或核熱火箭將所有必要的材料發射到軌道上。
最近的提議建議建造密封溫室，讓產生氧氣的藍藻和藻類菌落生活在其中。 2014 年，NASA Techshot Inc. 報導稱，這樣一個概念的工作已經開始。
未來，美國宇航局打算在火星車上運送嗜極端光合藻類和藍細菌的小罐，以在火星環境中測試這一過程。 如果任務成功，NASA 和 Techshot 打算建造幾個大型溫室來生產和收集未來人類飛往火星的氧氣，這將通過減少必須運輸的氧氣量來降低成本並延長任務。
儘管這些計劃不涉及環境或行星工程，但 Eugene Boland（Techshot Inc. 首席科學家）認為這是朝著正確方向邁出的一步。 還有一些想法是在火星表面引爆原子彈（埃隆馬斯克曾經是這個概念的支持者），這會產生大量的塵埃，阻擋太陽光線，從而加熱地球。
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全球變暖：火星能被加熱嗎？
幸運或不幸，根據您的觀點，我們人類在地球變暖方面擁有豐富的經驗。 在一個多世紀的二氧化碳排放量中，我們通過一種簡單的溫室機制無意中增加了地球表面的溫度。 我們排放二氧化碳，它非常善於讓陽光透過，防止熱輻射逸出，所以它就像地球上一塊巨大的隱形毯子。 增加的熱量有助於海水蒸發到大氣中，從而接收另一個覆蓋層，這會增加溫度，這反過來又會導致更多的水蒸發和地球大氣的更大加熱。
如果它適用於地球，也許它會適用於火星。 火星的大氣層幾乎完全消失在太空中，但這顆紅色星球在極冠和火星表面下方擁有巨大的水冰和冷凍二氧化碳儲備。
如果人類能夠以某種方式使極冠變暖，它就會向大氣中釋放足夠的二氧化碳，從而導致溫室變暖。 那時我們所要做的就是去觀察並等待幾個世紀，讓物理學發揮作用，讓火星成為一個不那麼具有侵略性的地方。
不幸的是，這個簡單的想法可能行不通。 第一個問題是供暖技術的發展。 實現這一目標所需的設計，從巨大的柱子到製造能夠聚焦更多光和熱的巨大太空鏡，都需要太空技術和製造方面的根本飛躍，遠遠超出人類目前的能力。 例如，在空間鏡的情況下，我們需要在太空某處提取大約 200 噸鋁，而今天我們能夠在太空中提取……嗯，零噸鋁。
逐漸痛苦地意識到火星上沒有足夠的二氧化碳來導致變暖趨勢。 目前，火星上的大氣壓力不超過地球大氣壓力的百分之一。 如果我們能夠將火星上的每一個 CO2 和 H2O 分子蒸發到大氣中，那麼這顆紅色星球上的壓力將是……地球上大氣壓的 2%。
防止汗水在皮膚上沸騰需要兩倍的大氣壓力，防止一個人需要太空服需要十倍的壓力。 我們不是在談論缺氧。
為了解決缺乏現成的溫室氣體的問題，有幾個激進的建議。 也許為此，您可以使用會排放氯氟烴的植物，它們是非常具有侵略性的溫室氣體。 或者我們可以從太陽系外吸引一些富含氨的彗星。 氨是一種極好的溫室氣體，最終會分解成無害的氮，構成我們大氣的大部分。
假設我們能夠克服與這些提議相關的技術挑戰，仍然存在一個巨大的障礙：沒有磁場。 如果我們不用磁場保護火星，每一個進入大氣層的分子都會被太陽風吹走。
這並不容易。 有許多創造性的解決方案。 我們或許可以在太空中建造一個巨大的電磁鐵來偏轉太陽風。 或者有可能用超導體環繞火星並創造一個人造磁層。 當然，我們離實施至少其中一種解決方案還很遙遠。 那麼，我們是否能夠在未來對火星進行地球化改造並使其變得更宜居？ 當然，從科學的角度來看，這是可能的——我們沒有任何基本的物理定律可以阻止它……
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為什麼所有這些科學家？
對火星進行地球化改造的場景甚至更多，但最大的問題是我們為什麼要真正考慮它？ 除了冒險的前景和人類正在重振大膽太空探索時代的想法之外，火星被提議進行地球化還有幾個原因。 首先，人們擔心人類對地球的影響將產生災難性的後果，如果我們要長期生存，我們將不得不創建一個“後備站點”。 更不用說科技發展能給大家帶來的直接好處。 其他原因是有可能擴大我們的資源基礎並成為一個不必擔心資源枯竭的文明。 火星上的殖民地將允許在紅色星球上進行採礦，那裡的礦物質和水冰豐富，可以使用。 火星上的基地也可以作為使用小行星帶的起點，這將使我們能夠獲得適量的礦物質，幾乎永遠擁有它們。
撇開顯而易見的人類意志問題和真正的天文數字成本不談，有必要了解，只要人類存在，這種嘗試就會繼續下去。 正如美國宇航局在上述 1976 年的論文中所報告的那樣：“對於火星支持地球生態系統的能力，沒有發現根本的、不可逾越的限制。 缺乏含氧大氣將阻止人類在沒有事先行動的情況下生活在火星上。 表面現有的強紫外線輻射是另一個嚴重的障礙。 在光合生物的幫助下，可以在火星上創造合適的含氧氣氛。 然而，創造這樣一種氣氛所需的時間甚至可能是……幾百萬年。”
與此同時，科學家們一致認為，通過創造特別適應火星惡劣環境的極端微生物、產生溫室效應和融化極地冰蓋，可以大大縮短這一時期。 然而，火星轉變所需的時間可能仍需數百年或數千年。 但是，如果有機會的話，沒有什麼能阻止我們現在開始這個過程。 作為準備和前期工作的結果，科學和技術效益可能是巨大的。
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