为何火星在数百年内都难以实现宜居化

图说明：完成地球化改造后的火星写实效果图（图源：戴因·巴拉德）

从理论上来说，将火星改造成类地行星并非完全不可能，但改造所需的巨量物质、热量、氧气与能源，远远超出人类现阶段的技术承载能力。

改造火星一直是宏大却充满挑战的构想。重塑一整颗行星的全球环境难度空前，历经数十年各国科研人员与工程师的推演，学界得出统一结论：短期内火星无法变得和地球一样宜居。

美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）的斯拉瓦·G·图里舍夫，在《美国物理学会开放科学》期刊发表一项全新研究，系统解释了背后的多重现实阻碍。

火星地球化改造的五大阶段目标
在梳理改造难题前，我们先划分出让火星适宜人类生存的五大关键阶段：
1. 现状阶段：如今的火星。地表极寒，大气极其稀薄，人类暴露在外无法存活，一切活动都要依靠全套生命维持系统。
2. 液态水稳定阶段：大气压强至少临时提升至水的三相点（0摄氏度、6.1毫巴）。在此温压条件下，水可以固态、液态、气态三种形态稳定共存。
3. 区域性密闭温室宜居阶段：建成可实现大规模农业种植的密闭温室生态圈，该方案又称“局部地球化改造”。温室内部气压约100毫巴，足以抵御外部极低气压对建筑结构的压力，适配火星环境。若将这类密闭结构覆盖整颗星球，就形成“全球封闭生态圈”。
4. 地表人体安全阶段：全球地表气压稳定达到62.7毫巴。在此气压下，人类37摄氏度的正常体温不会造成体内血液沸腾，是全域地球化改造的基础门槛。
5. 全域可呼吸大气阶段：建成完整宜居大气，总气压约500毫巴，氧气分压210毫巴，并含有足量氮气；同时全球平均气温需大幅提升至远超当下火星的水平。

改造大气需要海量物质
上述阶段目标看似条理清晰，但背后所需物质体量极其惊人。仅将火星气压提升至1毫巴，就需要向大气补充3.89×10¹⁵千克气体，这一质量几乎等同于火星卫星火卫二的总质量。
若要打造可供人类直接呼吸的完整大气，所需气体总量约10¹⁸千克，质量接近土星不规则卫星土卫十。乐观观点认为太阳系内存在数百颗同等规模小天体，理论上可以牺牲一颗小行星/卫星来供给火星大气。

但气压只是难题之一，温度改造同样棘手。想要让火星全球稳定存在液态水，平均气温至少要升高60摄氏度。可行方案包括向大气投放短波吸热纳米颗粒、巨量释放二氧化碳；也有学者提出部署巨型反光镜汇聚阳光。但图里舍夫测算得出，所需反光镜总面积约7000万平方公里，远超人类现有工业制造上限。
仅为达到“人体血液不会沸腾”的基础气压，就需要制备8.2×10¹⁷千克氧气，最可行的路径是电解水制氧。电解过程中氢元素会流失，因此所需水源总量还要略多于制氧所需理论值，平均下来相当于火星地表每平方米需要6立方米水。

乐观角度来看，火星现存表层冰储量足以满足该需求，制氧后甚至能剩余充足水源形成湖泊、海洋。完成大气改造仅需消耗火星易开采表层冰总量的20%，无需撞击含水彗星来输送水源，这类极端改造方案可以舍弃。

能源才是无法跨越的核心瓶颈
能源供给是整个改造工程真正的硬性瓶颈。仅电解制备大气所需氧气，最低耗能就达到1.2×10²⁵焦耳。即便分摊到1000年完成，也需要稳定输出380太瓦电力，相当于如今全球年均总耗电量的20倍。

如此庞大的能源需求没有任何折中方案，以人类当前文明水平，完全不具备持续供给的能力。但长远来看，后代文明或许可以实现。现阶段最务实的路线是先完成第二阶段目标，搭建小型密闭温室，实现局部稳定生存。金·斯坦利·罗宾逊的《火星三部曲》中就描绘过类似场景，尽管书中对改造耗时、能耗的测算存在明显偏差，但火星依旧是人类深空探索极具吸引力的目的地。只是如果人类想要把它彻底改造成类地星球，还要等待极其漫长的岁月。

本文改编自《今日宇宙》专栏文章，转载于SciTechDaily科学资讯栏目。
Reference: “Terraforming Mars: Mass, forcing, and industrial throughput constraints” by Slava G. Turyshev, 28 May 2026, APS Open Science.
DOI： 10.1103/krb8-h3v3