人類未來可以對木星、火星等行星改造嗎，使它們變成類似地球目前的環境水平？ 購買該鹽選專欄查看完整 30 節內容
鈶B巨行星改造成岩質行星嗎？
2. 對火星、水星、金星施加人工干預，能夠使它們變成地球一樣的環境？
這個話題實在有點大，即使是只挑一個星球，比如只討論「改造火星」也是一個相當大的話題了。不如我們先來聊聊其中一個小問題：能否利用現有條件提高火星表面的氣壓和溫度。
至於如何保持大氣和溫度，是否能恢復火星的磁場，這又是另一系列問題了。
火星，是太陽系中距離地球最近的行星之一。尤其是當人們撥開金星神秘的面紗，失望地發現金星是一顆極度高溫高壓、酸性大氣還有毒的「死星」之後，火星就變得更像一顆溫柔可親的希望之星了。
種種證據顯示，曾經的火星很可能和地球一樣，是個宜居的「天堂」。那是30多億年以前，那時候火星的內部還有活力，外部還有較厚的大氣層，磁場還能保護火星上的一切。曾經的火星表面，很可能有過充沛的液態水甚至汪洋大海。
只是如今，它們都消失了。
火星的內部漸漸冷卻，磁場慢慢消失，大氣層散逸，然後表面的液態水也不能倖免。
火星的表面，最終變成了如今我們看到的這樣：寒冷、乾燥，一片死寂。
但似乎，改造火星並不是沒有希望，讓火星再一次變得有大氣、有水似乎並不是沒有可能。
畢竟，近年的許多新發現都是那麼地讓人欣喜：
- 2008年，NASA鳳凰號著陸器在火星北極附近的淺層地下挖到了水冰；
- 2018年初，NASA火星勘測軌道飛行器（簡稱MRO）在火星中緯地區發現了大量純凈的地下水冰（詳見：未來的火星移民：鑿冰飲水，指日可待？）；
- 2018年7月，歐空局火星快車號探測器的雷達數據表明，火星南極冰下很可能有鹽水湖存在（詳見：這一次，我們在火星找到了冰下湖？）。
水有了，那大氣呢？
現在的火星只有非常稀薄的大氣層，平均表面氣壓只有6 mbar（也就是0.006 bar，或者600 Pa），距離地球表面的1個標準大氣壓（可以近似認為1 bar）的水平還太遙遠。
那如果把火星現有的二氧化碳儲備，甚至含碳儲備全部轉化成二氧化碳氣體，是不是就可以讓火星再次有厚厚的大氣層了呢？火星的氣壓提高了，那火星移民們在室外工作的時候就可以不用穿著厚重的增壓太空服了呀（不是說不用穿防護服了）。而且二氧化碳這種溫室氣體可以給火星保溫，讓火星不再繼續冷卻下去，液態水也可以在火星表面穩定存在了。想想是挺美的…
遠到五十年前的卡爾·薩根[1]，近到SpaceX的創始人伊隆·馬斯克[2]，無數人都這麼想過，也做過大量可行性研究[3]。
然而，2018年8月《自然·科學》雜誌發表的一篇觀點性的文章卻對此不太樂觀：以人類目前的技術水平，即使把目前火星上所有的含碳儲備全部轉化成二氧化碳氣體，可能也遠遠不足以讓火星達到宜居星球的標準[4]。觀點性文章嚴格說來並不屬於學術論文，這篇文章沿用了前人的研究方法，加入了近20年來多個火星探測器積累的觀測數據，重新梳理了火星上所有可能的二氧化碳來源。
火星上有哪些潛在的二氧化碳儲備呢？
1）南北兩極
火星和地球的自轉軸傾角相似，因此火星也有著和地球相似的季節變化，有終年冰封的南北極冰蓋，這些冰蓋里就有不少乾冰（固態二氧化碳）儲備。
但是很遺憾，把表面這點冰蓋里的乾冰全部轉化成二氧化碳氣體也只能把火星大氣壓提高2 mbar。
不過，雷達數據顯示，埋藏在火星極區地下還有一些乾冰，這個更多一點，相當於12 mbar。
此外，根據火星目前極區的溫度和壓強推測，水分子中可能絡合二氧化碳分子，全釋放出來的話最多相當於150 mbar，這倒是量挺大的…不過問題是…這只是理論上的估計，實際上根本沒在火星極區發現過水分子中絡合的二氧化碳，就更談不上用了。
2）火星表層土壤（風化層）
火星的風化層顆粒可以吸附一定的二氧化碳，例如：平均每克玄武岩可以吸附0.002克二氧化碳，每克綠脫石（一種可能出現在火星上的代表性粘土礦物）可以吸附0.005克二氧化碳，每克橙玄玻璃（一種在富含水和二氧化碳的環境下玄武岩高度風化的產物）可以吸附0.015克二氧化碳。
雖然火星全球的風化層厚度變化很大，不同的礦物種類吸附二氧化碳的能力也不同，但反正，如果把這些二氧化碳都弄出來（甭管怎麼弄出來的），滿打滿算估計相當於40 mbar吧。
3）碳酸鹽沉積物
火星的碳酸鹽沉積物，很可能就是火星早期大氣中的二氧化碳進入岩石中反應形成的，也就是說，它們是曾經火星的二氧化碳以另一種形式貯存起來的倉庫。
但火星上目前發現的暴露出來的碳酸鹽礦物區域並不多，合理估計可能只相當於0.25 mbar，滿打滿算也很難超過50 mbar（依然甭管怎麼弄出來）。或許火星地下深處可能還有更多的碳酸鹽沉積物尚未被發現，但一方面目前的技術探測不到，另一方面以目前的技術也難以挖掘和使用。
以上這些統統加起來，也就只有地球大氣壓的10%。
問題是，以目前的技術，這些二氧化碳儲備其實不可能達到百分百的利用率，只有其中一部分可以最終變為二氧化碳氣體釋放到火星大氣中。更重要的是，由於沒有磁場的保護，火星的大氣還在太陽風的轟擊之下不斷向外散逸——一去不回。
把這些因素也算進去之後，火星的大氣壓應當只能增長到20 mbar，也就是地球大氣壓的2%水平，由此產生的溫室效應升溫最多只有10度，也遠遠不足以讓液態水穩定存在。
也就是說，以人類現有的科技水平，人類如果要移民火星，是不可能自由自在地在戶外活動了。
不過呢，也不用太沮喪，火星移民並不是因此不可能了，我們還是能夠通過建立封閉的火星基地，或者直接住到地下去，讓人類和生物在封閉的環境里建立生態圈，長久地生活下去的。
再說了，封閉的環境更安全，不容易被隕石砸呢。想開點吧…
一點後記
其實這篇寫了很久很久很久了，忘記發了…
出品：科普中國 @中國科普博覽
製作：haibaraemily
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參考文獻
[1] Sagan, C. (1971). The long winter model of Martian biology: A speculation. Icarus, 15(3), 511-514.
[2] Musk, E. (2017). Making humans amulti-planetary species. New Space, 5(2), 46-61.
[3] McKay, C. P., Toon, O. B., Kasting, J. F.(1991). Making Mars habitable. Nature, 352(6335), 489.
[4] Jakosky,B. M., Edwards, C. S. (2018). Inventory of CO2 available forterraforming Mars. Nature Astronomy, 2(8), 634.
[5] Zent, A. P., Fanale, F. P. Postawko, S. E. Carbon dioxide: Adsorption on palagonite and partitioning in the Martian regolith. Icarus 71, 241–249 (1987).
去年美國航空航天局（NASA）進行過火星改造的評估，結論是：以現在的技術不可能，在可預見的未來難度也非常高，任何這方面的突破都將會是遙遠的未來。
原文：https://www.nasa.gov/press-release/goddard/2018/mars-terraforming
在另一顆行星上創造類似於地球或至少可供人類居住的環境，即外星地球化是科幻作家熱衷描寫的情節。科學家也曾提議利用地球化來實現長遠的火星殖民。不管是科幻小說還是科研報告里，最常提到的一種手段就是把火星表層內含的二氧化碳氣體釋放到大氣里，提高大氣密度，覆蓋火星表面來使其升溫。
但是，NASA資助的一項研究最近發現：火星表面含有的二氧化碳含量並不夠讓火星大氣升溫。要將火星表面惡劣的環境改造成宇航員不需要生命支持系統即可生活的狀態所需要的技術遠超今天人類的科技水平。
上圖顯示火星上各種二氧化碳來源，以及它們完全釋放後能將火星大氣壓增加多少（藍圓大小），最右側的藍圓為地球大氣壓基準。
雖然現在火星大氣基本由二氧化碳組成，但火星大氣壓太過於稀薄，無法支撐生命的基本組成——液態水的存在。火星表面大氣壓為地球大氣壓的不到百分之一。任何暴露在大氣里的液態水都會頃刻蒸發或是結冰。
改造火星的支持者提議從火星地表各種源頭釋放出氣體，來增加大氣密度，並將表面溫度提高到液態水可以穩定存在的程度。這些被釋放出來的氣體即通常所謂的「溫室氣體」。
NASA所引的這份研究發表在去年7月30日的《自然天文學》期刊上，第一作者科羅拉多大學博爾德分校的Bruce Jakosky表示「火星上存量豐富到可以提供顯著溫室效應的氣體很可能只有二氧化碳和水蒸氣。「
雖然之前也曾有過研究改造火星可能性的項目，但這份新研究得益於最近約20年里太空飛船對火星的大量新觀測。另一位作者北亞利桑那大學的Christopher Edwards說：「這些數據提供了大量新信息，讓我們了解火星上易氣化的物質如二氧化碳及水演變的歷史，火星表面和地底蘊含的此類物質含量，以及火星大氣向外太空散發的速度。」
研究者們分析了NASA的火星偵察軌道器和火星奧德賽號衛星收集的火星兩極冰蓋中含碳礦物和二氧化碳的含量，並利用了NASA的MAVEN火星探測器收集的大氣散發數據。
Jakosky稱：「我們的結果表明火星上的二氧化碳即使全部釋放入大氣也不足以提供顯著的溫室效應。此外，大多數的二氧化碳氣體無法被釋放，不能簡單獲取。因此，以今天的技術來看火星地球化是不可能的。」
火星上確實存在大量的冰可以用來製造水蒸氣，但之前的分析顯示水總量無法提供顯著的升溫。根據此研究團隊的結果，如果不用二氧化碳先升溫的話，低溫將導致產生的水蒸氣無法一直以氣體狀態存在。雖然也有人提出加入氯氟烴或其它含氟氣體來升溫，但這些氣體的壽命很短，而且需要大規模的工業製造過程，因此這次的研究並沒有考慮它們。
火星表面氣壓約是地球表面氣壓的0.6%。因為火星距離太陽更遠，研究者估計要把火星上的二氧化碳氣壓提升到接近於地球大氣壓的水平才能讓液態水穩定存在。火星上含二氧化碳最多的地方是兩極的冰蓋，可以在其上撒播塵土增加輻射吸收，或是用炸藥讓其氣化。但根據最新分析，把兩極冰蓋全部氣化也只會讓火星氣壓增加到地球氣壓的1.2%。
另一個二氧化碳來源是附著於火星土壤里的塵埃粒子的二氧化碳，這可以通過加熱釋放。研究者預測加熱土壤可以提高最多4%的所需氣壓。此外，礦石內也含有碳。利用最近NASA對火星礦藏的探測，研究組估計最有可能的數值也許能再提供不到5%的所需氣壓。這取決於人類準備挖地多深。如果只提取地表附近的礦物需要在整個火星上掘地90米。此外還得算上內含二氧化碳的水冰分子結構，即籠形水合物。但即使這種混合物在火星上存在，最多估計也只能貢獻所需氣壓的不到5%。
火星地殼深處所有含碳的礦物全部開採出來也許可以收集足夠的二氧化碳達到所需氣壓，但這些深層礦物的存在與否現在還未知，而且火星軌道數據並沒有顯露出這樣大尺度礦脈的存在。此外，要以現在的科技從這些礦物中提煉二氧化碳將會極度消耗能源，需要將礦物加熱到300多度。火星淺層含碳礦物所含碳不足以產生足夠的溫室效應，而且也需要同樣的高強度處理。
雖然今天火星表面不適合任何已知生命形式居住，火星上類似乾枯河床的地貌以及只有液態水存在才能形成的一些礦脈顯示在遙遠的過去，火星表面氣候足以支持液態水的存在。然而，太陽輻射和太陽風不斷地銷蝕著火星大氣中的水蒸氣和二氧化碳。MAVEN和歐洲宇航局的火星快車號項目都發現火星遠古那也許能讓生命存在的大氣層早已被太陽風和輻射剝除。當然，這種過程一旦發生，遺失的水蒸氣和二氧化碳將永久不可逆地消失。即使人類有辦法完全停止這種侵蝕，現在火星表面地質活動釋放出氣體的速度極度緩慢，根據研究要花上1000萬年才能將火星大氣濃度翻倍。
另外一種思路是改變富含易氣化物質的彗星或是小行星軌道，讓其撞擊火星。但是計算表明這麼做需要幾千次撞擊，因此也不太實際。
總的來說，這份研究顯示以目前的科技，要將火星地球化是不實際的。要進行這樣大規模的改造，可能要等到極為遙遠的未來。
如果人類未來的技術達到一個新的高峰，行星改造可能不是一個夢。然而，行星改造真的有必要嗎？以火星為例，人類沒有必要全面改造它的行星環境，因為它的內部能量流失是人類無法阻止的，需要花費極大的代價去改造它，並且最後的結果可能依然是失敗的。接下來，我將以火星作為分析對象，闡述人類未來是否有必要改造火星，並且暢想一下未來的火星基地如何建造。
如果以人類現有的技術，我們想實現登陸火星的突破的話，人類如果願意付出一定的價錢，也就是天量的預算，我們是可以做到的，我們可以把六七十年代的那些最強力的火箭更新甚至做的更好，我們也可以開發出最新的可以著陸火星同時返回火星軌道的大型火箭，這都不是問題。
但是顯然它的優先順序現在並不高，因為地球上有太多的東西還需要被解決了，比如說我們的技術在很多方面還不是完美的，而且地球上很多國家還在瘋狂的內耗，我們還要面臨戰爭的威脅，我們還需要花掉天量的錢來維持軍費，這都是代價。
那麼如果有一天我們的家園變得不再那麼美麗，換句話說，我們已經無法拯救了，我們該怎麼辦？
也就是說如果地球不再值得人們去居住的話，那麼人類就要逃離地球，或者在經過了一定的妥協之後，人類會想著一方面在地球上堅持著努力生存，另外一方面就需要前往火星開拓新的領地。
因為以人類可以預見的幾百年內的技術，逃離太陽系前往其他星系是非常非常困難的，因為那些星系動輒以光年來記，光年可是以萬億公里來計的距離，人類是根本就沒辦法突破的。
而太陽系內距離我們最近的幾個金星、水星，包括月球都是很難開發的，土星、木星這些又是氣態行星它的內部到底如何？我們完全未知，基本上相對而言，火星是唯一的選擇。
顯然最理想的話當然是整體開發火星，我們把火星改造成一個像地球一樣充斥著各種生命，各種能量形式的生機勃勃的火星。我們可以有很多很多的物種，由很多很多的地貌有湖泊、有森林、有高山。
然後我們也可以利用化學能，包括我們吃的食物都是化學能，我們也可以利用各種水能、風能、電能、核能，這個當然是最理想狀態。
但是現實嗎？
人類探測火星，六七十年代就開始了，當時的成功率非常低，1/3 都不到，但是蘇聯和美國前赴後繼，蘇聯更加是屢敗屢戰。80 年代雖然偃旗息鼓，但是 21 世紀基本上迎來了各國發展的一個高潮，也可以說是整個人類最大的高潮，甚至直到今天，也就是 2018 年上半年，還依然有八個正在工作狀態的火星軌道器和探測器在研究火星。
可以說人類現在對火星的研究，已經是越來越深刻了。
那我們先看到它的條件，我們到底有沒有必要去全面改造火星？
總體而言，火星的研究大概分為以下幾個結論。
第一，火星的地質運動已經極其微弱了，幾乎沒有板塊運動，地底的能量也已經散失殆盡了。
磁場過於微弱，幾乎接近於無，那麼就意味著它無法防禦太陽風和宇宙輻射，也無法保護大氣。
另外一方面就是由於沒有大量的地質運動，大氣是沒有任何補充的，沒有地下的東西湧出來。
第二就是火星不可逆的水分散失過程。
火星也許在 30 多億年前和地球的情況比較類似，有海洋和湖泊，可能它們呈現一定的酸性，這是好奇號研究成果，但是它們基本上是能夠維持一定的原始生命的。
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先說火星的改造。火星直徑約為地球的53%，質量為地球的11%。自轉軸傾角、自轉周期均與地球相近，一天約24.6小時，公轉一周約為地球公轉時間的兩倍即687天。無論從哪個方面來說，火星都是人類最容易改造的星球。
首先，火星缺乏磁場。我們現在對星球磁場產生的機理尚未完全了解。但是，這個磁場的問題不必先解決也可以改造火星。可以在未來隨著火星製造能力的提升建設帶磁場傘的同步空間站。
其次，就是溫度。火星的平均氣溫太低。表面溫度零下六十度。明顯不能滿足人類生存的需要。但是，溫度也是最好解決的問題！只要建造溫室氣體工廠，可以在百年內達到地球的溫度。六氟化硫SF6的增溫潛力值是CO2的23900倍。可以在工廠生產SF6，用以提升火星溫度。
溫度提升後，火星就開始變得濕潤了！好奇號發現火星的土壤中有百分之二都是水。兩極和盆地含水量更高。
隨著氣溫上升，大海河流的產生，就可以種植有很強光合作用的轉基因苔蘚。大量產生氧氣，一千年內火星就會成為人類的第二故鄉。
火星改造在很多地方都可以了解到。但是木星改造就很難看到了！因為木星有強輻射，整個木星輻射帶都將是人類避之唯恐不及的地方。
但是，畢竟是開腦洞。如果人類有辦法解決超劑量的輻射問題！而且一定要做死改造木星將如何呢？
木星是氣態巨行星，在太陽系的八大行星中體積和質量最大，它有著極其巨大的質量，是其它七大行星總和的2.5倍還多，是地球的318倍，而體積則是地球的1,321倍。同時，木星還是太陽系中自轉最快的行星將近10小時，所以木星並不是正球形的，而是兩極稍扁，赤道略鼓。這樣的星球，想要把它改造成類地行星那就別想了！但是，可以在木星大氣層的上空建造天空之城。
這種天空之城，成巨大的倒錐形，上端是一個平面。有個透明的蒼穹之頂保護穹頂下生存的人類。木星的上層大氣層的含量是氫氣氦氣以及少量的水二氧化碳甲烷！人類搜集這些資源用以供人類生存所需。其他所需的資源開採自木星周邊的小行星。
這樣的一個天空之城可以容納千萬人生存，能量來自於氘核聚變。木星大氣層有大量的氘氣夠人類用到世界末日。
但是，畢竟木星資源太單一，那時的木星只能發展旅遊業了！
不像是火星，各行各業都可以得到大力發展百業俱興。
氣態巨行星改岩石。。。這個太魔幻現實暫時不提
改造星球，水星如樓上所述，大概可以盾構機挖地道，問題是沒有價值啊
水星相比其他星球幾乎沒有任何特殊的優點值得我們大規模殖民，做個小基地研究一下太陽還可以
金星的大氣層太厚，而且幾百度高溫，97的二氧化碳，傳說中的硫酸雨，這個想治也太難了
火星大概是最有希望的？首先弄出個磁場，甭管是外面加個磁傘還是用什麼方法讓火星獲得磁場，不過磁場是必須的；
然後就是大氣，大氣的話分解岩石或許可以一試，從地球帶就算了吧；
低重力的話應該無所謂，來個幾代適應了就好，畢竟也不是完全失重那種
火星基地可以從地下開始，先在熔岩管道里建，火星有大量的廢棄熔岩管道，大的塞下個小城鎮都沒問題，出口一封，美滋滋
氣態巨行星不考慮，空間站吸點聚變燃料還挺好的，就像《三體》里那樣
木衛二木衛三木衛四是比較值得商議的，它們地表下都有大面積液態海洋，自帶一定磁場（木衛三是太陽系唯一靠自身獲得磁場的衛星，而且強度超過了水星火星金星，其餘三個都是靠切割木星磁感線感應電流有微弱磁場）（不過這也不一定是好事）
而且都有非常稀薄的大氣層，雖然微乎其微，不過要是能就地取材總比火星強多了，沒記錯的話木衛二木衛三大氣層氧氣含量很高的，木衛三據觀測結果表明，可能還有電離層（臭氧層啊）
土衛六其實雖然說它是小號遠古地球，但是我感覺沒什麼殖民價值，表面溫度過低，液態甲烷海洋，基本沒氧氣（不然早爆炸了），但是表面有1.5個大氣壓，比地球還大...當個超大號培養皿還可以
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