如果我们真的想有一天住在火星，我们将需要做一个完整的火星改造计划。需要怎么做？火星改造计划能让人类成功移民火星吗？地球和火星有很多共同之处。这些包括尺寸，倾斜度，结构，成分，甚至表面上水的相似性。因此，火星被认为是人类定居的主要候选地。
为什么要对火星进行改造？
话虽这么说，生活在火星上也存在很多关键的差异，气候非常寒冷且非常干燥，更不用说氧气很少。这是许多人中越来越关注的一个重大挑战。如果我们要生活在这个星球上，我们就必须非常依赖我们的技术。如果我们要通过生态工程来改变地球，那将花费大量的时间，精力和难以估量的资源。
生活在火星上的挑战非常多，这里有极其薄薄且不透气的气氛。地球的大气层由78％的氮气，21％的氧气和微量的其他气体组成，而火星的大气层由96％的二氧化碳，1.93％的氩气和1.89％的氮气以及微量的氧气和水组成。
火星的大气压力也在0.4-0.87千帕范围内，相当于地球海平面的1％左右。较薄的大气层和距太阳更远的距离也有助于火星的寒冷环境，表面温度平均为210 K（-63°C / -81.4°F）。除此之外，火星还没有磁层，你可以看到为什么表面暴露的辐射明显多于地球的辐射。
在火星表面，平均辐射剂量约为每天0.67毫西弗（mSv），约为人们在一年内在地球上暴露的五分之一。因此，如果人类想要在火星上生活而不需要辐射屏蔽，加压圆顶，瓶装氧气和防护服，则需要做出一些重大改变。基本上，我们必须温暖地球，加厚大气层，并改变所述大气的成分。
1951年，亚瑟·C·克拉克（Arthur C. Clarke）写了第一部小说，其中火星的地形表现在小说中。名为火星之沙，故事涉及到火星定居者通过转换火星月亮火卫一成第二太阳，而且越来越多，为了释放氧气分解火星砂工厂升温的地球。
1984年，詹姆斯·洛夫洛克和迈克尔·阿拉比撰写了许多人认为最具影响力的地球化学书籍之一。该小说名为“火星的绿化”，探讨了行星的形成和演化，生命的起源和地球的生物圈。书中提出的地形模型实际上预示了关于地球化目标的未来争论。
1992年，作家弗雷德里克·波尔发布了一部科幻小说“ 采矿奥特尔”，其中火星正在使用从奥尔特云转移的彗星进行地形改造。在整个20世纪90年代，金斯坦利罗宾逊发布了他着名的火星三部曲， 红色火星，绿色火星，蓝色火星 ，其中心是火星在几代人的过程中转变为繁荣的人类文明。
2011年，Yu Sasuga和Kenichi Tachibana制作了漫画系列Terra Formars，这是一个在21世纪发生的系列，科学家们试图慢慢地使火星变暖。而在2012年，金斯坦利罗宾逊发布了2312，这个故事发生在一个太阳系中，其中有多个行星已经变成地形，其中包括火星（有海洋）。
火星改造计划的可能办法：
在过去的几十年里，已经提出了几项关于如何改变火星以适应人类殖民者的建议。1964年，Dandridge M. Cole发布了“ 太空中的群岛：小行星的挑战，开拓性的工作 ”，他主张在火星上引发温室效应。这包括从外太阳系进口氨冰，然后将其撞击在表面上。
由于氨（NH 3）是一种强大的温室气体，因此将其引入火星大气层会产生增厚大气和提高全球温度的作用。由于氨主要是氮气，它还可以提供必要的缓冲气体，当与氧气结合时，它将为人类创造一种透气的气氛。通过测量从今天和43亿年前的水和HDO的比例，科学家们能够测量火星上的水损失率。
另一种方法与反照率降低有关，其中火星表面将涂有深色材料，以增加其吸收的阳光量。这可能是从Phobos和Deimos到极端贫瘠的地衣和颜色深的植物的灰尘。其中最伟大的支持者之一是着名作家和科学家卡尔萨根。
1973年，萨根在伊卡洛斯期刊上发表了一篇题为“ 火星上的行星工程 ”的文章，在那里他提出了两种使火星表面变暗的方案。这些包括运输低反照率材料和/或在极地冰盖上种植黑暗植物，以确保它们吸收更多热量，融化并将行星转变为更“类似地球的条件”。
1976年，美国宇航局在题为“ 关于火星的可居住性：行星合成的一种方法 ”的研究中正式解决了行星工程问题。该研究的结论是，光合生物，极地冰盖的融化以及温室气体的引入都可以用来创造一个更温暖，富含氧气和臭氧的大气层。
1982年，地球学家克里斯托弗·麦凯（Christopher McKay）撰写了“Terraforming Mars”，这是英国行星际学会期刊的一篇论文。在其中，McKay讨论了自我调节的火星生物圈的前景，其中包括这样做的必要方法和它的伦理。这是第一次在已发表文章的标题中使用terraforming这个词，并且此后将成为首选术语。
1993年，美国宇航局艾姆斯研究中心的玛氏协会创始人罗伯特·M·鲍布林博士和克里斯托弗·P·麦凯共同撰写了“ 地球火星技术要求 ”。在其中，他们提出使用轨道镜直接加热火星表面。两极附近位置，这些反射镜将能够升华的CO 2冰盖和导致全球变暖。
在同一篇论文中，他们认为可以使用从太阳系中收集的小行星，这些小行星会被重新定向以撞击地表，掀起灰尘并使大气变暖。在这两种情况下，他们都主张使用核电或核热火箭将所有必要的材料/小行星运入轨道。
使用氟化合物产生比二氧化碳强数千倍的温室效应的“超温室气体” ， 也被推荐作为长期气候稳定剂。2001年，加州理工学院地质和行星科学部的科学家团队在“ 用新的超级温室气体保持火星温暖 ”中提出了这些建议。
如果这项研究表明氟的初始有效载荷必须来自地球（并定期补充），它声称含氟矿物也可以在火星上开采。这是基于这样的假设：这种矿物质在火星（作为陆地行星）上同样普遍，一旦建立了殖民地，就可以实现自我维持的过程。
从外太阳系中进口甲烷和其他碳氢化合物，这在土星的卫星土卫六上也很丰富，也有人提出。由于好奇号探测器发现甲烷的“十倍尖峰”指向地下震源，因此还有可能进行现场资源利用。如果可以开采这些来源，甚至可能不需要进口甲烷。
最近提出的建议包括建立密封的生物组，这些生物组将在火星土壤上使用产氧蓝藻和藻类的菌落。2014年，NASA高级概念研究所（NAIC）计划和Techshot公司开始研究这一概念，该概念被命名为“ Mars Ecopoiesis Test Bed ”。在未来，该项目打算在火星探测任务中发送小型极端光合藻类和蓝细菌罐，以测试火星环境中的过程。
如果这证明是成功的话，NASA和Techshot打算建造几个大型生物多样性来生产和收集氧气，用于未来的人类火星任务 - 这将通过减少必须运输的氧气量来削减成本和扩展任务。虽然这些计划不构成生态或行星工程，但Eugene Boland表示，这是朝着这个方向迈出的一步：
“Ecogoiesis是在一个新的地方开始生活的概念; 更确切地说，创造一个能够支持生命的生态系统。这是利用物理，化学和生物手段启动“地球化”的概念，包括引入生态系统建设的先驱生物......这将是实验室研究实施实验（而非分析）行星原位实验的第一次重大飞跃对行星生物学，生态学和地球化学最感兴趣的研究。“
除了冒险的前景和人性的观念再次开始大胆的太空探索时代之外，还有几个原因可以解释为什么要建造火星。首先，人们担心人类对地球的影响是不可持续的，如果我们打算长期生存，我们将需要扩大并创建一个“ 备用地点 ”。
此外，美国宇航局的火星大气层和挥发性进化任务（MAVEN）（以及其他轨道飞行器）提供了有关火星过去大气层的广泛信息。他们得出的结论是，大约40亿年前，火星拥有丰富的地表水和更浓厚的大气层。然而，由于火星的磁层损失 - 这可能是由于行星内部的大冲击或快速冷却造成的 - 大气被慢慢剥离。
因此，如果火星曾经适合居住并且“像地球一样”，它有可能再次成为一天。如果人类确实在寻找一个新的世界来定居，那么只有在与地球尽可能多的共同点上才有意义。此外，还有人认为，我们改变自己星球气候的经验可以在火星上得到很好的利用。
几个世纪以来，我们对工业机械，煤炭和化石燃料的依赖对地球环境产生了可衡量的影响。而这是地球上现代化和发展的意外后果; 在火星上，燃烧化石燃料和定期向空气中释放污染将产生积极影响。
火星改造计划存在的挑战：
毫无疑问，火星地球化学的前景伴随着它的一些问题，所有这些问题都特别令人生畏。对于初学者来说，将火星的环境转化为人类可持续的环境需要大量的资源。其次，人们担心所采取的任何措施都可能产生意想不到的后果。第三，需要花费大量时间。
例如，当谈到要求引入温室气体以引发变暖的概念时，所需的数量非常惊人。2001年加州理工学院的一项研究呼吁引入氟化合物，表明升华南极二氧化碳冰川将需要在火星大气中引入约3900万吨氟氯化碳 - 这是1972年地球生产量的三倍和1992年。
在引入氟氯化碳时，光解作用也将开始分解，这将需要每年额外增加170千吨的氟氯化碳来补充损失。最后，氟氯化碳的引入也会摧毁火星人所产生的任何臭氧，这会破坏屏蔽表面辐射的努力。
此外，1976年美国宇航局的可行性研究表明，尽管使用陆地生物可能使火星变形，但它也认识到需要的时间范围相当大。正如它在研究中所述：
“没有确定火星支持陆地生态的能力的基本，不可克服的限制。缺乏含氧气氛会阻止人类无人帮助的火星居住。目前强紫外线表面照射是另一个主要障碍。通过使用光合生物，在火星上产生足够的含氧和含臭氧的气氛是可行的。然而，产生这种氛围所需的时间可能是数百万年。“
该研究继续指出，通过创造专门适应恶劣火星环境的极端微生物，创造温室效应并融化极地冰盖，可以大大减少这种情况。然而，改造火星所需的时间仍可能是几个世纪或几千年。
当然，存在基础设施问题。从太阳系中的其他行星或卫星收集资源将需要大量的太空运输车，并且他们需要配备先进的驱动系统以在合理的时间内完成旅行。目前，不存在这样的驱动系统，并且从离子发动机到化学推进剂的传统方法既不快速也不经济。
为了说明这一点，美国宇航局的新视野任务花了11年多的时间，使用常规火箭和重力辅助方法，在柯伊伯带上与冥王星进行历史性交会。同时，黎明使命，这依赖于离子推进依赖，花了将近四年到达灶神星的小行星带。这两种方法都不适用于重复前往柯伊伯带并运回冰冷的彗星和小行星，而人类远远不及我们需要做的船只数量。
另一方面，这将涉及工厂或采矿作业在地面上释放二氧化碳，甲烷或含氟氯化碳的矿物质到空气中，需要几个重载火箭才能将所有机械装置运送到红色星球。这样做的成本使迄今为止的所有太空计划相形见绌。一旦他们在地面上组装，这些操作必须连续运行几个世纪。
关于地球化的道德规范还有几个问题。基本上，改变其他行星以使它们更适合人类需要提出了一个自然的问题，即生活在那里的任何生命形式会发生什么。事实上，如果火星确实拥有许多科学家怀疑的土着微生物（或更复杂的生命形态），那么改变生态可能会影响甚至消灭这些生命形态。简而言之，未来的殖民者和地面工程师实际上将犯下种族灭绝罪。
