即使在一个期望值降低的世界里，空间科学家们仍在继续梦想。假设资金来源重新开启？假设科学决心重新出现？我们如何才能重返月球？探索近地行星？到达远地行星？在政府实验室和智囊团中，关于离子推进发动机、带有车载重力的星际飞船、地下月球基地以及也许最引人入胜的火星大型载人基地的想法正在形成——每个项目都是工程师们摆脱金钱和政治等混乱考量后，进行纯科学研究的一种实践。
但就载人探索红色星球而言，这可能是一个漫长而遥远的梦想。当然，火星在大多数太空规划师的愿望清单上名列前茅，但它已经在那里待了30年，却没有任何进展。当然，1990年总统本人曾做出一个相当空洞的承诺，要在2019年前将人类送上红色星球，但那是在会计师宣布任务成本高达4000亿美元（并且完全无法提供）之前。当然，苏联曾一度与美国讨论合作进行火星载人旅行，但那是在苏联仍然存在的时候；如今，人们谈论的是将俄罗斯空间站挂牌出售，将俄罗斯航天飞机束之高阁，并将所有更雄心勃勃的任务计划无限期搁置。在首次登月近25年后，人类的探索范围已经怯懦地缩小到近地轨道。然而……
最近，一项所有基于太空的“如果”计划中最雄心勃勃的计划浮出水面。这是一个火星计划，但不仅仅是一个访问行星的计划。更确切地说，这是一个殖民和定居火星的计划，而且无需宇航服、再呼吸器或泡泡下的城市。这本质上是一个在太阳系第四颗行星上安营扎寨，然后将其转变为第三颗行星精确环境复制品的计划。
改造火星的想法并非全新。空间科学家们长期以来一直认为，我们的行星邻居富含地球上生命所需的大部分基本元素：大气中以及冬季出现的广阔冰盖中的二氧化碳；永久冻土、全年存在的较小冰盖甚至地下锁定着的水，因此也有氢和氧；以及土壤中化合物中锁定的氮。在过去的20年里，包括卡尔·萨根和詹姆斯·洛夫洛克等知名作家在内的大量作者发表了论文，推测如果这些维持生命的成分能够被释放并在火星环境中搅动，将会发生什么。
今年早些时候，美国宇航局艾姆斯研究中心的行星科学家克里斯托弗·麦凯和大气科学家欧文·图恩，以及宾夕法尼亚州立大学的大气科学家詹姆斯·卡斯廷，也加入了火星改造的行列。这三位研究人员发表了迄今为止最全面的行星改造论文，可信地描述了如何利用环境操纵来制造一个更温暖、更潮湿、气体更多的火星，有效地使这颗行星“复活”。
“多年来，这一领域的大部分著作都出现在晦涩的文献甚至科幻小说中，”图恩说。“我们撰写这篇论文是为了系统化和量化这个领域，使其成为一个可以认真探讨的问题。”
科学家们构思火星“皮格马利翁”计划时，面对的充其量是一颗不宜居的行星。火星上的河流通道和其他地形特征表明，35亿年前，这颗行星是一个温暖的地方，地表有水流淌，并且拥有相对稠密的大气。然而，由于火星土壤的结构方式，大气可能被土壤吸收，并被行星的低重力（仅为地球的0.38倍）消耗殆尽。大部分水会冻结在土壤中并凝结成极冠；其余的水会以水蒸气的形式随空气逸散。
今天的地球本质上是一片骨瘦如柴的冰冷、铁锈色沙漠。大气层稀薄得令人绝望——只有地球的0.8%，并且95%是二氧化碳。火星的平均温度徘徊在令人麻木的零下75度，尽管在仲夏正午时分，在赤道地区可能会飙升到大约70度。让这具世界躯壳“复活”需要分几个步骤进行；第一步也是最关键的一步将涉及提高其温度。
图恩说：“火星一开始就处于劣势，因为它到太阳的距离是地球的1.52倍。这意味着它获得的阳光只有我们的43%。即使在一个拥有浓密大气层的世界里，这也会让一切都异常寒冷。在火星上，它绝对是冰冻的。”
多年来，工程师们想出了各种离奇的方法来提高火星的温度，包括在火星两极上空轨道放置巨型镜子，以及用深色吸光地衣播撒其冰盖。然而，地球上的工业已经完善了一种远没有那么奇异，但却非常有效的工具来提高行星的温度：温室气体。
“射向地球的阳光代表着巨大的能量，”麦凯说。“我们的大气层一直能够捕捉到大量的能量；我们向其中排放的二氧化碳和氯氟烃使其捕捉到更多的能量。在火星上，稀薄的二氧化碳大气保留了一小部分太阳的输出，但不多。因此，我们首先要做的是提高火星大气吸收和保持热量的效率。”
产生足够的温室气体——特别是氯氟烃（CFCs）——以在火星上实现这种改变，理论上会很轻易。火星土壤被认为富含氯、氟、碳、氢和其他CFCs构成元素，化学家们已经证明他们非常擅长将这些成分组装成各种CFCs分子。假设存在将化学家及其设备运送到火星的技术（这是三位研究人员为了他们的科学论证而设定的前提），那么这些气体可以相当容易地制造出来，然后释放到火星天空中。
“我们的估计表明，要开始加热火星，所需的氯氟烃排放量不会超过地球每年的氯氟烃排放量——几百万吨，”图恩说。“在生产的第一年，添加到大气中的气体可能将行星温度从大约零下75度提高到大约零下22度。这就像冬天从南极洲到加拿大北部一样。”
理论上，几乎无限量的氯氟烃可以释放到火星天空中，将温度推高到冰点以上，并增加大气压力，直到它变得更像地球。然而，在实践中，事情不会那么容易。太阳的紫外线辐射有将氯氟烃分子分解成其组成原子并破坏所产生气体的趋势。
麦凯说：“在地球上，氯氟烃的这种最终分解既有好处也有坏处。坏处是，当氯氟烃分解时，会释放出氯，氯会破坏臭氧；好处是，分解也阻止了温室效应的增强。因此，在火星上，我们需要设计一种在产生热量的红外波段具有高吸收性、使其成为高效温室气体的氯氟烃，但要非常耐分子破坏的紫外线，这样我们就不会失去氯氟烃。但即便如此，我们仍然需要不断生产新的氯氟烃来替代太阳设法破坏的那些。”
幸运的是，科学家们不必完全依赖这种“设计”的氯氟烃来覆盖这颗贫瘠的行星。当温度攀升到零下二十多度时，火星本身应该开始释放另一种重要的温室气体——二氧化碳。除了火星现有大气层和冬季极冠中发现的二氧化碳外，这种气体被认为储存在另一个重要的地方：土壤中。在火星更古老、更热的时期，大气层可能富含二氧化碳，这意味着现在火星的土壤应该相当饱和。在实验室实验中，一种在夏威夷火山中发现的锈红色类似火星土壤的“palagonite”物质，很容易吸收二氧化碳分子并与它们松散结合。
图恩说：“在土壤吸收二氧化碳的同一实验中，我们发现当温度逐渐升高时，气体就会重新沸腾出来。温度爬得越高，逸出的气体就越多。”
当二氧化碳被释放到火星空气中时，它会与氯氟烃共同作用，进一步提高行星温度，引发更多二氧化碳的释放，如此循环。升温循环将持续，直到全球温度升至略高于冰点。此时，第三种温室成分——水蒸气——将由缓慢升温的极冠、永冻土和地下冰层提供，加入到大气混合物中。
所有这些气体释放要多久才能产生一个具有地球压力和保持在冰点以上的温度的大气层，这完全是凭空猜测。如果富含二氧化碳的土壤就在行星表面，那么一个世纪左右的氯氟烃加热可能就足以奏效——以行星的标准来看，这几乎是一夜之间。然而，如果地质活动将土壤深埋，那么加热时间可能会大大增加。
“如果我们需要下降半公里或更深才能加热土壤，”图恩说，“那么可能需要10万年才能获得我们所需的二氧化碳。这个项目仍然是可行的，但仅凭这一点就能决定它是否能在人类的一生或整个物种的当前生命周期内完成。”
无论这一阶段的行星改造需要多长时间，只有在完成之后，火星才能支持一些 hardy 植物物种。然而，即使如此，行星改造者仍将面临严峻的障碍。首先，尽管火星现在将拥有足够多的二氧化碳来维持植物生命，但土壤中的氮（以亚硝酸盐和硝酸盐的形式）可能不足，而氮对于植物的新陈代谢也至关重要。假设土壤中含有足够的氮，科学家们将不得不向土壤中释放微生物，让它们吞食盐分并释放重要的元素。
另一个问题是水。去年春天，对20世纪70年代海盗号火星探测器温度数据的重新分析表明，埋藏的冰可能存在于比行星科学家们认为的更低纬度和更浅的深度。其他近期对据信来自火星的陨石（因为它们含有与海盗号着陆器测量到的气体比例完全相同的气体）的研究发现，其岩石基质中截留了几毫克水。这两项发现都表明，火星可能比任何人预期的都要湿润得多，一旦温度开始升高，就会形成湖泊、池塘甚至海洋。
对于那些有兴趣孕育生命的人来说，水当然是一件好事，除了一个方面：大气中的二氧化碳对水有亲和力，会慢慢溶解到水中，形成石灰岩沉积物。水和空气接触的时间越长，大气中的二氧化碳流失就越多。在地球上，这个问题通过大陆漂移得以解决，大陆漂移将石灰岩移动到行星内部，在那里被加热并通过火山释放回大气中。在火星上，地球化改造者将不得不亲自处理这项工作。
图恩说：“我们需要某种方法来回收石灰岩，对其进行循环利用，并将二氧化碳重新释放回天空中。否则，新产生的大气层将缓慢被破坏。”
然而，另一种二氧化碳的破坏却是非常可取的。当地球植物被引入火星环境时，它们会立即开始从大气中吸收一部分二氧化碳，并将其分解成碳和氧。当然，这对地球化改造者来说是件好事，因为人类和动物要在火星上生存，大气层就必须重新配方，使其含有约20%的氧气——大致与地球空气中的含量相同。
然而，即使从火星植物群中诱导出一点点氧气——更不用说五分之一大气量的氧气——也绝非易事。由于植物产生氧气的效率极低，它们需要整整10万年才能产生足够的氧气，使火星适合动物生存。为了加快速度，行星工程师将不得不把这个问题交给基因工程师。
“这部分项目很可能将是所有项目中难度最大的，”麦凯说。“植物在地球上已经存在了数十亿年，产生氧气是它们赖以生存的本领。大自然可能已经优化了这一过程，已经从植物中尽可能多地提取了氧气。如果真是这样，我们不太可能做得更好。然而，即使基因改造能产生一批几乎能过度通气的植物，麦凯仍提醒说，要将火星的氧气水平提高到理想水平，可能仍需要1000年。”
如果氧气含量真的能攀升到足够高，火星大气层最终将变得几乎诡异地像地球：天空会是蓝色的，云朵会是白色的，并能降雨，氮气将作为一种缓冲气体来稀释氧气（纯氧是有毒的），甚至会有一个保护性的臭氧层。为了保护这个新的臭氧层并防止失控的温室效应，从那时起制造的氯氟烃必须是臭氧友好的——也就是说，不含氯。
大气层的其余部分将主要由二氧化碳组成，二氧化碳将足够丰富以维持行星上的植物，并且可以通过土壤排气和石灰岩回收定期补充。一旦实现这种完美的平衡，火星环境最终将对耐暖性好氧生物安全，地球哺乳动物对曾经的红色行星的定居就可以开始了。
然而，所有科学理论都未能回答的问题是，我们是否应该考虑这样一个宏伟的计划。我们这样的物种是否有权改造一个外星世界？我们有这个权利吗？麦凯、图恩和卡斯廷本人都心存疑虑。
卡斯廷说：“对我来说，去火星最重要的原因是为了寻找现存生命或寻找古代生命的化石证据。在你做到这一点之前，你甚至不能考虑改造这颗行星。假设你真的开始进行地球化改造，你覆盖了一个曾经存在生命的地方。更糟糕的是，假设你覆盖了目前活着的微生物。请记住，海盗号着陆器并没有完全排除行星上存在生命的可能性。它们只是没有在它们寻找的地方找到。”
麦凯的疑虑更为抽象：“当前的环保时尚认为，我们星球上多样化的生物群本身就是好的。但它真的是吗？在地球上，生命的概念和自然的概念密不可分。但在火星和太阳系的其他地方，生命和自然是两回事。火星似乎是一颗死星，但它无疑是一颗美丽、有价值的行星。我们应该改变这种自然状态吗？在我看来，我认为我们应该，但我承认这是环境伦理的一个全新维度。”
图恩用类似的推理反对火星地球化改造——至少目前是这样。他说：“我们不能仅仅因为我们把地球弄得如此不愉快，以至于我们不想再住在这里了，就去做这件事。我们必须这样做，因为我们已经成功解决了地球上的问题——现在我们也想住在火星上。”
无论伦理辩论如何发展，火星的科学吸引力只会越来越大。然而，所有这一切是否意味着科学家和政策制定者会承诺国家哪怕是访问这颗行星，更不用说全面的地球化改造，都远未可知。但至少少数研究人员认为，我们确实有能力在其他世界上实现我们的愿望。所需要的只是清晰的愿景。
“在考虑这个问题时，我们必须首先决定我们为什么要前往火星，”乔治华盛顿大学空间政策研究所所长、历史学家兼政策分析师约翰·洛格斯登说。“如果我们只是来访，我们就不需要进行行星地球化改造。但如果我们希望长时间停留，我们就必须以某种方式改变这颗行星；否则我们就无法生存。毕竟，即使建造一个小穹顶，也是一种行星地球化改造。当然，我们还必须记住，我们对火星的改造程度，可能会破坏我们前来研究的东西。”
