对月球进行什么改造才能在月球生活？
首先，最最关键的，也是最根本的问题，就是空气。月球上根本就没有大气层，只有稀薄的尘埃和气体。我们要想呼吸，就得给月球“穿上”一件厚实的大气层。怎么做？这可不是简单地往里吹点气就行的。
一种可能的方法是逐步释放水和气体。我们知道月球上存在水冰，尤其是在两极的永久阴影区。我们可以利用这些水冰，通过加热或者电解的方式，将其分解成氢气和氧气。然后，这些气体可以被缓慢地释放到月球表面，同时还要想办法“锁住”它们。因为没有强大的引力和磁场，这些气体很容易逃逸到太空中。所以，我们需要制造一种巨大的、透明的穹顶，或者在月球表面建造封闭式的栖息地，将氧气和适量的氮气（氮气是构成地球大气层的重要成分，可以稀释氧气，防止火灾，并提供一定的压力）维持在里面。
说到穹顶，这可不是我们现在实验室里那种小小的玻璃罩。要覆盖住像月球这样大的区域，那得是天文数字级别的工程。材料的选择至关重要，必须极其坚固，能够抵御微陨石的撞击，同时也要足够透明，让阳光能够照射进来，为植物生长提供能量。也许我们可以从月球上采集大量的玄武岩，经过提炼和加工，制成一种坚固而透光的材料。或者，我们可以利用月球上的氦3，如果它能被证实是一种有效的聚变燃料，那么我们就能获得大量的能源来建造和维持这些大型结构。
除了空气，温度也是个大问题。月球的昼夜温差极大，白天可以高达127摄氏度，夜晚则会降至零下173摄氏度。这简直就是冰火两重天。想要克服这一点，我们需要精确控制温度。
一方面，那些封闭的栖息地和穹顶内部，需要有先进的温控系统。这可能涉及到利用月球表面的土壤或熔岩管作为隔热层，同时辅以高效的制冷和制热设备。这些设备需要稳定可靠的能源供应。
另一方面，如果我们想改造大片区域，可能需要改变月球表面的反照率。比如，在阳光充足的区域，我们可以铺设一些反光材料，将多余的热量反射出去；在阴影区域，则可以考虑铺设吸热材料，帮助储存热量。这就像给月球穿上一件“智能恒温外衣”。
还有一个巨大的挑战是辐射。月球没有地球那样的磁场和厚厚的大气层来阻挡来自太阳的有害辐射（如太阳风）和宇宙射线。长时间暴露在这样的环境下，对人体健康是极其不利的。
所以，我们要么在地下建造深入地下的栖息地。月球的土壤（月壤）在一定深度下，就能提供很好的辐射屏蔽。我们可以利用月球上的挖掘设备，将地下挖空，建造坚固的地下住所。熔岩管是一个绝佳的选择，它们天然形成，内部空间大，而且已经被证明可以提供很好的防护。
要么，我们就要在地面栖息地的外部，覆盖极其厚重的屏蔽层。这层屏蔽层可以使用大量的月壤，或者特别设计的辐射防护材料。想想看，在穹顶之外，再覆盖一层厚厚的“土壤保护层”，就像给月球套上了一个巨大的“防辐射头盔”。
水资源也是生存的必需品。虽然我们知道月球上有水冰，但将其提取、净化并输送到需要的地方，本身就是一个巨大的工程。我们需要开发高效的水资源开采和循环利用系统。这包括钻探到极地冰层，将冰加热融化，然后进行过滤和净化，最后储存在安全的容器中，并建立一个完善的管道系统，将水输送到各个栖息地。我们还需要建立一个闭环的水循环系统，最大限度地回收和利用每一滴水，就像在空间站里那样，将尿液和汗水都净化后再利用。
食物从哪里来？总不能一直靠从地球运送吧？我们要么在封闭的生态系统中发展农业。在那些有阳光、有空气、有水源的栖息地里，我们可以建立温室，种植各种蔬菜和谷物。利用月壤作为土壤，但可能需要对其进行改良，去除有害物质，并添加必要的养分。我们还需要开发高效的水培或气培技术，减少对土壤的依赖。
更进一步，也许我们可以尝试改造月壤，使其更适合植物生长。这可能涉及到引入地球上的微生物，帮助分解月壤中的矿物质，并释放出植物所需的营养。这就像在月球上“培育”一片属于我们的土壤。
能源是所有这些改造和生存活动的基础。月球上没有燃烧的化石燃料。我们主要可以依靠太阳能。在月球白天，我们可以铺设大量的太阳能电池板，将光能转化为电能。但月球的昼夜周期长达28天，这意味着在漫长的月夜，我们需要储存大量的能源。
核能可能是另一种重要的选择。如果我们能安全可靠地利用月球上的氦3进行聚变反应，那将是取之不尽的清洁能源。或者，我们可以从地球运送小型核反应堆，为月球上的基础设施提供电力。
引力也是一个需要考虑的因素。月球的引力只有地球的六分之一。长期生活在低引力环境下，会对人体骨骼和肌肉产生不利影响，可能导致骨质疏松和肌肉萎缩。
为了应对这一点，我们可以设计特殊的训练和锻炼方案，帮助居民保持身体健康。也许，我们还可以设计一些重力模拟装置，在特定时间提供更接近地球的重力环境，让身体得到“锻炼”。
最后，心理和社交因素也至关重要。长期生活在一个与地球完全不同的、封闭的环境中，对人的心理健康是个巨大的挑战。我们需要设计舒适宜居的居住空间，提供娱乐和社交活动，确保信息与地球的畅通，甚至可能需要心理支持和辅导。
总而言之，改造月球，让它成为一个适合居住的地方，就像在月球上建立一个全新的“地球”。这需要无数的科学技术突破，巨大的工程量，以及对资源和环境的精打细算。这不是一朝一夕能完成的，而是需要几代人的努力和智慧，一步一步，将那个冰冷荒芜的世界，变成一个生机勃勃的家园。这就像是在挑战人类的极限，探索我们生存能力的边界。
网友意见
太空殖民，如果还将各种材料从地球“拖家带口”出去，那将是不明智的。一定得考虑“就地资源利用”（ISRU），从这个角度去思考，方向和商机就全来了。
一、水
人的生存离不开水，有个说法“在沙漠中，黄金无用，唯水无价。”和70%被海洋覆盖的地球相比，月球就是个超级荒漠。
咱总不能带着桶装水上月球吧。
然鹅，月球上确实是有水的，美国、苏联、印度的探测器以及我国的嫦娥一号都发现了月球上有冰态水的证据。原来，月球的南北两极处有很多地方常年“暗无天日”，接触不到太阳的照射，是“永久阴影区”。水只有在这些地方才能得以保存，否则早就被阳光加热挥发掉了。
相比而言，南极的水分更多。所以，月球南极附近很可能是殖民月球的第一站。
前进吧！向月球南极！
所以，第一个商机就是月球上的自来水公司，作业方式为：从冻土中提取水。
根据之前的采样，“永久阴影区”的表面冻土中约含有5.6±2.9%的水，其中还混有氨、二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、甲醇、甲烷、乙烯等物质，更多的是附着在其他无机物质上的羟基（OH）。
下图展示了一种“热采矿”工艺，用精心设计的镜子或透镜将太阳光射入环形山的“永久阴影区”里，让冰升华成水蒸气，两边各放置一个冻干机，让水蒸气凝结成水，搜集起来。
下一步就是净化，这个不难，离子交换树脂+反渗透膜即可搞定，这个可以从地球上带来，可以使用一定的周期，定期更换即可。
在月球上，水不光是人类生存的必要条件，还有其他妙用，我们后面慢慢看。
二、氧气
水的问题解决以后，第二个核心问题就是呼吸问题。咱不能总带氧气瓶上去啊，那玩意老沉了。
现在太空飞船里，宇航员的氧气主要来自水的电解，还有一种方法叫做固体燃料氧气发生器（SFOG），也叫“氧气蜡烛”——将氯酸钠（NaClO 3）和铁粉（Fe）混合，点燃后就会产生氧气，反应式如下：
一千克SFOG可以提供一个成年人6.5小时的氧气，显然供给不了长期的殖民生涯。在月球上，水更是一种极度稀缺的资源，直接电解水真是“暴殄天物”。所以，在月球上，不进行“就地资源利用”还真是不靠谱。
月球表面的化学成分主要有：石英（二氧化硅SiO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化钙（CaO），氧化铁（Fe2O3）、氧化镁（MgO）、二氧化钛（TiO2）、氧化钠（Na2O），都是含氧物质。约莫估算一下，月壤里的氧元素约占40-45%。但要把其中的氧元素提炼出来，都不是简单的事情。
美国的拉里·弗里森（Larry Friesen）在《在月球上获取氧气的过程》一文中，提到了7种提取氧气的方法，均需要非常高的能量。
其中最成熟的一种方法是用氢气还原钛铁矿（Fe2TiO5或FeTiO3），反应式如下：
FeTiO 3 + H 2 ----> Fe + TiO 2 + H 2 O
问题来了，氢气从哪儿来呢？
当然还是电解水了：
2H 2 O ----> 2 H 2 + O 2
刚才不是说水精贵吗？现在就不吝啬了？
看清楚啊，这是个“循环经济”啊！第一步反应已经得到了水，可以重复循环使用，总反应式如下：
2FeTiO 3 ----> 2Fe + 2TiO 2 + O 2
月球上的钛铁矿本身会捕捉到一些太阳风里的质子（氢），钛铁矿的加工过程还将产生氢这种在月球上宝贵的资源，所以上述制氧过程会净产生一些额外的水或氢，这是利好。
等到月球殖民地初见规模，可以携带一些植物种子过去，在室内培养绿植，增加氧气浓度。
三、能源
从前两点我们能看出，水也好，氧气也好，均需要能量支撑。前期我们可以携带一些核电池，它们可以永久工作。
NASA的核电池已经非常成熟，在好奇号火星探测器等处已经应用的非常普遍。其中使用的主要是钚238的化合物，如二氧化钚，钚238辐射出的主要是α粒子，用一张纸就能阻挡，因此非常安全。
但本着“就地资源利用”（ISRU）的精神，还得优先考虑月球上的自然能源。在可控核聚变发展出来之前，月球上最廉价的当然是太阳能。
月球上的昼夜每月（27-28天）循环一次，如果我们选择首先殖民位于月球南极处的某环形山，某些突出的地方可以永久接收到太阳的照射，在这里建造太阳能发电站，实在太理想不过了！
将太阳能电池板大批量携带到月球，不太现实。还得利用月球表面的材料，月壤里45%都是二氧化硅，将其中的硅不断提取出来，根据人类目前科技水平，这不是难事。所以在月球上第三步就是要建一个太阳能电池工厂，假以时日，在月球上建造一个完整的太阳能电池阵列，就可以提供整个月球殖民地的能源，甚至还有可能传输回地球，供应未来的火星殖民地。
风险在于微陨石的撞击，这是后话。
四、建筑
先别考虑盖房子，大规模搞房地产，那太费周折了，还惧怕微陨石。
还是那句话：“就地资源利用”！“就地资源利用”！“就地资源利用”！重要的话说三遍！
在地球上，咱人类曾经“穴居”过，在月球上，可能也得考虑先经历一下“穴居人”的阶段。
月球上，还真有这样的理想场所——月球熔岩管。
古老的月球上也曾发生过火山喷发，岩浆通过火山的管道喷射出去，当熔岩流的表面变硬以后，内部的流质岩浆会倒退回去，管道可能会排空，形成一个中空的空隙，这就是“月球熔岩管”（Lunar lava tube）。
如今冷却下来的月球上，已经找到了若干熔岩管。有一些熔岩管很细长，也有一些比较宽敞。比如2011年， NASA的月球勘测轨道飞行器（Orbiter）对马里乌斯丘陵地区熔岩管的观测表明，这个熔岩管有36米深，内部却足有65米宽。后来美国的重力探测器（GRAIL）发现月球上存在一些宽度达1公里的熔岩管。这为我们未来在月球上的“穴居”生活提供了巨大的空间。
选址结束，下面就要考虑建筑材料了。
前面讲了月壤的主要成分里有硅、铝、钙，这都是理想的混凝土材料。早在1985年，美国匹兹堡大学的科研人员就提出，用月壤加工“月球混凝土”的想法。只不过，这里又需要水，月球上的水资源可真是“精贵”啊。
除此之外，月壤里丰富的二氧化硅可以被加工成玻璃纤维，显着提高建筑材料的强度，并减轻重量。
但需要注意，月球的重力很小，只有地球的1/6，这一点有好有坏。在地球上，很多建筑材料是靠重力铸造来定型的，在月球上就不一定适用了。虽然我们已经掌握了压力铸造技术，但并不是每种材料都适用。
你一定想到了，近年来发展起来的3D打印技术在月球上找到了最好的应用场景。
来吧，月球混凝土工厂和玻璃纤维工厂HR招人，管食宿。
五、作物
说起食宿，又是一个大问题。尤其咱中国人，住的凑活就行，吃一定得吃好。可从地球上运送新鲜的食品上月球，又是一件苦差事呢。
本着“就地资源利用”的精神，你是不是想起了《火星救援》里的种土豆？
之前已经在取回的月壤里做过模拟实验，发现番茄和小麦是可能在月壤里发芽的，这就是我们的希望！番茄面有望，能不能加个鸡蛋就要看看后续能不能建个养鸡场了。
根据之前提到月壤的主要成分，你会发现无机矿物特别多，简直就是一个干涸了的盐湖。而碳、氮、磷等生命必需的元素特别少，所以前期的耕种作业会非常有限。如果我们要耕种更多样的作物，就需要对其进行补碳、补氮。
具体怎么办呢？反正从地球上大规模携带这些元素极其不经济。有句古话说得好：“肥水不流外人田！”我只想说，宇航员们，请留下你们的便便，这都是月球殖民地的宝贵财富。
用面壁者的话来说：“这是计划的一部分。”
还有一种更有效的方法，就是用细菌改造月壤。这里最有希望的就是蓝细菌，在地球上，它们几乎无处不在，水体、土壤和生物体内就不说了，甚至在各种恶劣环境（比如冰原、盐湖、荒漠）中都可找到它们的踪迹。
将它们投放到月球上，可以分解月壤、参与光合作用并产生一些固氮效果，蓝细菌可能会是引领月球殖民计划的“先锋生物”。
小结一下，排个序吧：
自来水厂——制氧工厂——太阳能硅片工厂——建筑材料厂——种植场——餐馆——……
好了，月球殖民地科技树我已经给你排好了，你是不是已经摩拳擦掌，想感受一下不断听到的“construction complete”。
当以上基建结束以后，我们只能算是在月球上立了足，这才只是月球殖民的第一步。然后我们就可以撸起袖子加油干了，还有很多未来的超级项目在等待着我们。
争取下周更新~~~
参考资料：
1，《Commercial Lunar Propellant Architecture——A Collaborative Study of Lunar Propellant Production》
2，https://science.howstuffworks.com/oxygen-made-aboard-spacecraft.htm
4，《Composition of the Moon's Crust》
5，《Lunar Science：A Post Apollo View》
6，《Processes for Getting Oxygen on the Moon》
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