人类未来可以对木星、火星等行星改造吗，使它们变成类似地球目前的环境水平？
首先，我们来谈谈火星。火星作为太阳系内与地球最为相似的行星，是人类改造的首选目标。尽管如此，要让火星环境“类似地球目前的环境水平”，仍然是一项极其艰巨的任务。
改造火星的挑战与设想：
1. 大气层稀薄且缺乏磁场： 这是火星改造的首要难题。火星大气层非常稀薄，主要由二氧化碳组成，大气压只有地球的百分之一左右，无法支持液态水的存在和生物的呼吸。更关键的是，火星缺乏全球性的磁场，这意味着其大气层容易被太阳风剥离。
设想一：增厚大气层。 这可以通过多种方式实现：
释放火星极冠和地下储存的二氧化碳。 通过人工加热或反射阳光，可以蒸发极冠和地下干冰，释放出大量二氧化碳，从而增加大气密度和温室效应，提高行星表面温度。
引入富含气体的小行星或彗星。 将富含甲烷、氨气等气体的天体撞击到火星，可以为火星大气补充气体成分。
利用微生物。 一些微生物，如某些厌氧细菌，能够将岩石中的矿物质转化为气体，或者通过光合作用产生氧气。
设想二：制造人工磁场。 如果无法恢复自然的全球磁场，可以考虑在火星轨道上部署一系列大型超导线圈，形成一个环绕火星的磁场，以抵挡太阳风的侵蚀。这在技术上是极其困难的，需要巨大的能量和先进的材料。
2. 液态水的匮乏： 虽然火星存在水冰，但地表液态水极少。温室效应的增强和大气压的提升是让水以液态形式存在的前提。
设想：融化水冰。 随着大气层增厚和温度升高，火星极冠和地下储存的水冰将逐渐融化，形成湖泊、河流甚至海洋。
3. 温度过低： 火星表面平均温度远低于地球，约为零下63摄氏度。
设想：增强温室效应。 释放二氧化碳是提高温度最直接的方法。此外，引入氟化碳等高效温室气体（尽管需要谨慎评估其潜在的负面影响）也能起到作用。
4. 土壤贫瘠且含有毒素： 火星土壤中含有高氯酸盐等有毒物质，并且缺乏有机质，不适合地球植物生长。
设想：土壤改良。
清洗土壤： 通过大量引入水来冲洗土壤中的高氯酸盐。
生物修复： 利用经过基因工程改造的微生物，去除土壤中的毒素，并将其转化为植物可吸收的养分。
引入有机质： 将有机废物或经过处理的微生物生物质添加到火星土壤中。
5. 缺乏氧气： 要实现类地环境，必然需要可供呼吸的氧气。
设想：光合作用的普及。 一旦大气层增厚、温度升高、液态水出现，就可以开始引入耐寒的藻类和植物进行光合作用，逐渐释放氧气。这个过程可能需要数千年甚至更长的时间。基因工程改造的生物，能够在更严酷的环境下生存并高效产氧，会是关键。
改造木星的挑战与设想：
相较于火星，改造木星这样一颗气态巨行星，使其环境“类似地球目前的环境水平”，则是一个几乎不可想象的任务，目前看来更像是科幻小说的范畴。
1. 行星的本质： 木星不是一个固态的行星，它主要由氢和氦组成，没有坚实的表面。它的“表面”是指其可见的云层顶端。
设想：建造巨型人造栖息地。 如果要让人类在木星上生存，最现实的方式不是改造整个木星，而是在木星大气层中或其卫星上建造漂浮的城市或基地。在木星大气层中，可以通过制造巨型飞艇或气球状的结构，利用木星大气层中的氢气作为浮升气体，并在其中维持一个类地环境。
2. 强大的引力场： 木星的引力是地球的2.5倍以上。如此强大的引力会对人类和建筑材料产生巨大的压力。
设想：克服或适应引力。 即使在漂浮的栖息地中，也需要强大的结构支撑来抵御强大的引力。长期生活在强引力环境下，对人类的生理也会产生未知的影响。
3. 极端的天气和磁场： 木星拥有太阳系中最强大的磁场，并且其大气层中有剧烈的风暴，如大红斑。这些都是极其危险的环境。
设想：防护与稳定。 漂浮的栖息地需要极其坚固和复杂的结构来抵抗这些极端天气和强大的磁场辐射。
4. 温度与压力： 木星的可见云层顶端温度极低，但随着深入大气层，温度和压力都会急剧升高，最终进入一个高温高压的等离子体状态。
设想：在特定高度维持平衡。 栖息地必须精确地控制其在大气层中的高度，找到一个温度和压力相对适宜的区域，同时要处理好与周围环境的能量交换问题。
更深层次的考量：
除了技术层面的挑战，人类改造行星还涉及更深远的伦理和哲学问题：
行星保护： 我们是否有权改变一个可能已经存在生命（即使是微生物生命）的行星的环境？这涉及到“地球化”（terraforming）的伦理界限。
长远的可持续性： 即使我们成功改造了一个行星，其环境能否长期稳定？改造过程中引入的物质和能量是否会造成新的、更难以解决的问题？
生命的定义与多样性： 我们的目标是创造一个“类似地球目前的环境”，但这是否意味着我们也在试图消除行星原有的、可能非常独特的生命形式？或者说，我们是否应该致力于创造一个能够容纳和促进多样性生命的新家园？
总而言之，人类改造火星使其达到类似地球的水平，虽然充满挑战，但并非遥不可及。它需要我们跨越多个科学和工程领域的壁垒，并可能需要数百年甚至更长的时间。而改造木星，使其环境“类似地球目前的环境水平”，则是一个更为激进的设想，目前更符合我们对未来宇宙探索的想象和科幻的描绘，而非短期内可实现的工程目标。我们更可能的目标是为人类在这些行星上建造可持续的栖息地，而不是将整个行星“地球化”。这场宏大的工程，将是人类智慧、勇气和对宇宙深刻理解的终极考验。
网友意见
气态行星改造这个脑洞太大，科幻小说都没几个写的（毕竟不可能都看过，留个口子）。
火金星，水星不用想了。
火星是首选。
有个脑洞，把小行星带的小行星加装引擎。推过去。增加火星自重。
但是不知道岩浆肆虐多少年。
谢邀。
岩质行星局部改变问题不大。全星球改变的话，先把沙漠全部绿化成功了再考虑这个问题也不迟。
气体行星改造成岩质行星不可能。真不可能。
行星也是有自身生命周期的，不是简单的靠心脏起搏器就能续命的。
火星据说心核已经固化或者说流动性不足，导致磁场很小。这种情况下，靠人类的技术肯定无法续命的。
除非将火星作为超超大型宇宙飞船，向地下发展微循环环境还有一定可能。
不是有一个科幻片，讲的是地球心核要停止流动，科学家把核弹送到心核并连续引爆，再次激活流动性。类似了。
这个话题实在有点大，即使是只挑一个星球，比如只讨论“改造火星”也是一个相当大的话题了。不如我们先来聊聊其中一个小问题：能否利用现有条件提高火星表面的气压和温度。
至于如何保持大气和温度，是否能恢复火星的磁场，这又是另一系列问题了。
火星，是太阳系中距离地球最近的行星之一。尤其是当人们拨开金星神秘的面纱，失望地发现金星是一颗极度高温高压、酸性大气还有毒的“死星”之后，火星就变得更像一颗温柔可亲的希望之星了。
种种证据显示，曾经的火星很可能和地球一样，是个宜居的“天堂”。那是30多亿年以前，那时候火星的内部还有活力，外部还有较厚的大气层，磁场还能保护火星上的一切。曾经的火星表面，很可能有过充沛的液态水甚至汪洋大海。
只是如今，它们都消失了。
火星的内部渐渐冷却，磁场慢慢消失，大气层散逸，然后表面的液态水也不能幸免。
火星的表面，最终变成了如今我们看到的这样：寒冷、干燥，一片死寂。
但似乎，改造火星并不是没有希望，让火星再一次变得有大气、有水似乎并不是没有可能。
毕竟，近年的许多新发现都是那么地让人欣喜：
- 2008年，NASA凤凰号着陆器在火星北极附近的浅层地下挖到了水冰；
- 2018年初，NASA火星勘测轨道飞行器（简称MRO）在火星中纬地区发现了大量纯净的地下水冰（详见：未来的火星移民：凿冰饮水，指日可待？）；
- 2018年7月，欧空局火星快车号探测器的雷达数据表明，火星南极冰下很可能有盐水湖存在（详见：这一次，我们在火星找到了冰下湖？）。
水有了，那大气呢？
现在的火星只有非常稀薄的大气层，平均表面气压只有6 mbar（也就是0.006 bar，或者600 Pa），距离地球表面的1个标准大气压（可以近似认为1 bar）的水平还太遥远。
那如果把火星现有的二氧化碳储备，甚至含碳储备全部转化成二氧化碳气体，是不是就可以让火星再次有厚厚的大气层了呢？火星的气压提高了，那火星移民们在室外工作的时候就可以不用穿着厚重的增压太空服了呀（不是说不用穿防护服了）。而且二氧化碳这种温室气体可以给火星保温，让火星不再继续冷却下去，液态水也可以在火星表面稳定存在了。想想是挺美的…
远到五十年前的卡尔·萨根[1]，近到SpaceX的创始人伊隆·马斯克[2]，无数人都这么想过，也做过大量可行性研究[3]。
然而，2018年8月《自然·科学》杂志发表的一篇观点性的文章却对此不太乐观：以人类目前的技术水平，即使把目前火星上所有的含碳储备全部转化成二氧化碳气体，可能也远远不足以让火星达到宜居星球的标准[4]。观点性文章严格说来并不属于学术论文，这篇文章沿用了前人的研究方法，加入了近20年来多个火星探测器积累的观测数据，重新梳理了火星上所有可能的二氧化碳来源。
火星上有哪些潜在的二氧化碳储备呢？
1）南北两极
火星和地球的自转轴倾角相似，因此火星也有着和地球相似的季节变化，有终年冰封的南北极冰盖，这些冰盖里就有不少干冰（固态二氧化碳）储备。
但是很遗憾，把表面这点冰盖里的干冰全部转化成二氧化碳气体也只能把火星大气压提高2 mbar。
不过，雷达数据显示，埋藏在火星极区地下还有一些干冰，这个更多一点，相当于12 mbar。
此外，根据火星目前极区的温度和压强推测，水分子中可能络合二氧化碳分子，全释放出来的话最多相当于150 mbar，这倒是量挺大的…不过问题是…这只是理论上的估计，实际上根本没在火星极区发现过水分子中络合的二氧化碳，就更谈不上用了。
2）火星表层土壤（风化层）
火星的风化层颗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，每克绿脱石（一种可能出现在火星上的代表性粘土矿物）可以吸附0.005克二氧化碳，每克橙玄玻璃（一种在富含水和二氧化碳的环境下玄武岩高度风化的产物）可以吸附0.015克二氧化碳。
虽然火星全球的风化层厚度变化很大，不同的矿物种类吸附二氧化碳的能力也不同，但反正，如果把这些二氧化碳都弄出来（甭管怎么弄出来的），满打满算估计相当于40 mbar吧。
3）碳酸盐沉积物
火星的碳酸盐沉积物，很可能就是火星早期大气中的二氧化碳进入岩石中反应形成的，也就是说，它们是曾经火星的二氧化碳以另一种形式贮存起来的仓库。
但火星上目前发现的暴露出来的碳酸盐矿物区域并不多，合理估计可能只相当于0.25 mbar，满打满算也很难超过50 mbar（依然甭管怎么弄出来）。或许火星地下深处可能还有更多的碳酸盐沉积物尚未被发现，但一方面目前的技术探测不到，另一方面以目前的技术也难以挖掘和使用。
以上这些统统加起来，也就只有地球大气压的10%。
问题是，以目前的技术，这些二氧化碳储备其实不可能达到百分百的利用率，只有其中一部分可以最终变为二氧化碳气体释放到火星大气中。更重要的是，由于没有磁场的保护，火星的大气还在太阳风的轰击之下不断向外散逸——一去不回。
把这些因素也算进去之后，火星的大气压应当只能增长到20 mbar，也就是地球大气压的2%水平，由此产生的温室效应升温最多只有10度，也远远不足以让液态水稳定存在。
也就是说，以人类现有的科技水平，人类如果要移民火星，是不可能自由自在地在户外活动了。
不过呢，也不用太沮丧，火星移民并不是因此不可能了，我们还是能够通过建立封闭的火星基地，或者直接住到地下去，让人类和生物在封闭的环境里建立生态圈，长久地生活下去的。
再说了，封闭的环境更安全，不容易被陨石砸呢。想开点吧…
一点后记
其实这篇写了很久很久很久了，忘记发了…
出品：科普中国 @中国科普博览
制作：haibaraemily
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参考文献
[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).
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