【火星变地球】火星变地球纪录片

　　火星变地球是一个假设的过程，其中气候、表面及已知的火星特性会被人类和其他地球生命为了使其适合居住而进行有意改造，从而为在火星进行大面积安全和可持续的殖民提供可能。 　　根据地球上的经验，一个行星的环境可以人为改变，然而现在还不知道创造一个不受限制的行星生物圈是否可行。下面要描述的几种方法人类科技可能会达到，但目前运用这些办法所需的经济资源远远超出任何国家或社会为此而愿意承担的程度。
　　
　　背景
　　
　　火星由许多土壤矿物组成，理论上可以形成土壤，而且最新的研究表明，火星表面下至纬度60°以及两极表面大量的永久冰冻土中，夹杂着干冰、凝固的二氧化碳。也有猜测认为在较深的外层中有大量的冰存在。火星夏季当两极凝固的二氧化碳回升到大气层，残余少量的水，大风将其从极地刮走，速度高达400千米，小时。这种季节性的事件将大量的尘土和水气带人大气，形成类似地球上的卷云。
　　大气中只有微量的氧气存在，但是在火星表面的金属氧化物中也存在大量的氧。有些氧也以过硝酸盐的形式存在于土壤中。“凤凰”着陆器对于土壤标本的分析表明高氯酸盐的存在，它可以用来释放化学氧发生器中的氧，如果有足够的电，还可以利用电解法将火星上的水分解为氧和氢。
　　有人认为火星在其初期相对来说曾经有一个类似地球的环境。这种相似性表现为较厚的火星大气层，以及过去在火星表面水的明显存在。经过几百万年的演化，气体逃入太空，火星大气渐渐稀薄，火星本身也凝缩成坚固的形态。水虽然似曾存在于火星表面，现在看来只存在于两极，而且是行星表面之下的永久性冻土。形成现今大气条件的精确机制虽然提出一些假设，但还不能完全知晓。假设之一是今天的火星引力表明上层大气中较轻的气体可能促成了大气的稀薄，使过多的原子逃入太空。火星板块结构的明显缺乏是另一个可能发生作用的因素，因为构造活性的缺乏在理论上会降低气体从封闭在沉积物中返回到大气中的再循环。由于没有磁场和地质活性，所以火星体形较小，这样它的内部比地球冷却得要快得多，当然这个过程的细节仍然是个未知数。然而，没有人认为这种过程对大多数动物物种典型的寿命会有重大的影响，或者甚至对人类文明的时序会有什么影响，而且大气的缓慢遗失甚至会被一直进行中的低水平的人工维持抵消。
　　
　　需要的变化
　　
　　火星变地球必然导致两个重大的相互交错的变化：大气的建立及其保温。火星的大气相对稀薄，因此地面气压很低，只有O.6千帕，而地球为101.3千帕。火星大气的组成为95％的二氧化碳，3％的氮，1.6％的氩，以及微弱的氧、水和甲烷。既然它的大气主要是二氧化碳，一种已知为导致温室效应的气体，行星一旦升温，会有更多的二氧化碳从两极冷库中释放并进入大气层，加剧温室效应。这就意味着大气形成和升温这两个过程会相互促进，对于变地球会有利。然而，在足够的时间内对某些技术进行控制应用以便实现持续变化在很大程度上需要将这种理论变为现实。
　　
　　建造大气
　　
　　建造火星大气的主要途径是输入水，比如说，从小冰星或者从木星或土星的冰卫上获得。给火星大气添加水和升温是在这个干燥寒冷的世界营造适合生命的良好环境的关键。
　　大气和水圈工程也可以输入氢。氢的输入和反应会因大气中一定水平的二氧化碳通过博施反应产生热量、水分和石墨，而氢和二氧化碳通过萨巴杰反应会产生甲烷和水。另一个办法就是输入土卫六大气中常见的甲烷或其他碳氢化合物。甲烷可以排放到大气中，在大气中它会调和温室效应。
　　甲烷(或其他碳氢化合物)也可以用来迅速增加火星的大气压，这些气体可以通过下列反应给火星大气生产水分和二氧化碳：
　　CH4+4Fe2O3=>C02+2H2O+8Fe0
　　这个反应可能会由热量或火星上的太阳紫外线照射启动，产生的大量产物(二氧化碳和水)可引发光合过程。
　　当星球变暖，极冠上的二氧化碳会升华到大气层，促成温室效应。移动气体所产生的巨大气流会带来持续的大尘暴，通过吸收太阳辐射直接加热大气中的分子而促使行星变暖，最终火星温度上升至一定程度，使二氧化碳不能在两极凝固，但因气压极低液态水仍然不能形成。
　　在严重的沙暴消退之后，可以想象这个温暖的星球会适合某些形式的地球生命居住，可以在南极生存的某些水藻和细菌就可以到这里生存。通过火箭满载水藻孢子，将其送达冰冻的极地区域，它们不但会生长，而且会在这个无竞争、高辐射、二氧化碳高含量的环境中茁壮成长。
　　如果水藻成功地将自己扩散到这个星球的一些地方，这将产生暗化表面的效用，降低行星的反照率。通过更多的阳光，地面会使大气进一步升温。而且大气会从水藻获得少量的新氧，当然这时氧气还没有充足到供人类呼吸。如果大气密度加大，大气地面气压会升高，接近地球的地面气压。最初，在大气中没有足够的氧气之前，人类可能只需要随身携带一个呼吸面具和一小罐氧气。为了给空气增加氧含量，可以建造一些工厂减少土壤中的金属，有效地获得所需金属原料和副产品氧，人类也可以通过携带植物(以及肥沃耕土中固有的微生物)到火星，为火星大气建立一个可持续的氧源。
　　另一个方法更复杂，就是利用氨作为强大的温室效应气体(大自然很可能以冷冻形式在外太阳系轨道的星状物中贮备了大量的氨)，也许可以将它们送入火星大气(比如说，通过巨大的核弹使其朝着正确的方向爆炸)。既然氢中含有大量的氨(NH3)，大气层中需要缓冲气体的问题也就迎刃而解了。持续不断的小型撞击也会有助于温度和大气质量的升高。
　　寻找缓冲气体是建造大气工程中的一项艰巨任务。在地球上，氮是大气的主要成分，占大气的77％。火星需要类似的缓冲气体成分，当然不一定需要那么多。然而，搞到大量的氮、氩或其他某种相对惰性的气体还是相当困难的。
　　
　　增加热量
　　
　　这个描绘大约集中于本初子午圈和北纬30°，以及假想的海洋，海拔大约在表面平均高度2千米以下。海洋淹没了现在的Vastitas Borealis区，Acidalia Planitia区，Chryse Planitia区，和XantheTerra区，能够看到的大陆左侧为TempeTerra区，下边是AoniaTerra区，右下为TerraMefidiani区，右上为ArabiaTerra区。汇入右下海洋的河流是现在的Valles Marineris区和Ares Vallis区，右下的大湖是现在的Aram Chaos区。
　　增加热量和保存现有热量是此过程中尤其重要的一个步骤，因为来自太阳的热量是行星气候的主要动力。可以用较薄 的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，对其进行铝处理，将其变为一面镜子放置在环火星轨道，以增加火星接收曝晒的总量。这样做将把阳光导向表面，可以直接增加火星的表面温度。可以将这面镜子当作静止卫星，利用其效力作为太阳帆，在相对于火星来说固定的位置环绕火星轨道运行，升华二氧化碳，促成升温的温室效应。
　　因为人类生存需要气候的长期稳定，可以利用强大的温室气体，包括诸如氯氟烃(cFc)和全氟化碳(PFC)之类的卤烃。这些气体是人造火星大气经常受推荐的成分，因为它们具有温室气体的强大效力。可以想象，这样做相对廉价，可以通过发射装载压缩氯氟烃的火箭到达火星，当火箭撞击火星地面时，就会将其负荷释放到大气中去。持续发射这样的氯氟烃火箭将需要十几年，在此过程中，火星会发生化学变化，逐渐升温。
　　有一项建议是开采氟矿作为氯氟烃和全氟化碳的来源，这样做的道理在于火星和地球一样，这样的矿藏一定很普通，这样做可以保持生产足量的最佳温室效应化合物，以维持火星上“理想”的温度，作为一种方法维护此前通过其他手段建造的类似地球的大气。
　　改变火星表面的反照率也会更有效地利用进来的阳光。用暗色的尘土和烟灰改变表面颜色(可以从火星的“月球”火卫一和火卫二获得，因为它们的颜色是暗色，可以在太空将其磨粉，然后“空投”到火星，通过某种方式统一撒到火星表面)，或者利用暗色微生物形式，如地衣会将大量进入到地表的太阳辐射在反射回太空之前将其转化为热。利用生物尤其引人注目，因为生物可以自我繁衍。
　　增加温度的另一方法可以是将较小的天体(小行星)导向火星表面，其冲击能将被释放为热，可以把火星冰冻汽化，形成温室气体。
　　
　　对付太阳辐射
　　
　　有人认为，由于太阳辐射度很高，火星上不适宜大多数生物生存。因为没有磁气圈，所以太阳把火星大气削弱到现在这个状态，太阳风把大量的能量投放到火星大气的顶层，使得大气微粒达到逃逸速度离开火星。的确，这种效应甚至已被环火探测器检测到。还有一种理论认为太阳风将困于称为等离子粒团的磁场泡中的火星大气撕裂刮走。
　　然而，从金星看，没有磁气圈并不妨碍密集大气的形成。浓密的大气也可以对球体表面提供太阳辐射防护，地球上形成极光的极地就是这样，所以没有磁气圈可能不会严重影响火星变地球的可居住性。过去，地球常常有磁气圈发生变化和时而崩溃的周期。