Cải tạo Sao Hỏa

Cải tạo Sao Hỏa là một quá trình giả định mà sẽ biến đổi khí hậu Sao Hỏa, đặc điểm bề mặt, và các thuộc tính ban đầu với mục đích tạo nên một môi trường phù hợp cho sự sống con người, nhằm khiến việc khai phá Sao Hỏa trở nên an toàn và ổn định hơn.
Ý tưởng dựa trên giả thuyết rằng môi trường của một hành tinh có thể được biến đổi bằng các tác động nhân tạo. Tuy nhiên, tính khả thi của việc tạo ra một sinh quyển trên Sao Hỏa vẫn chưa rõ ràng. Đã có một vài phương pháp được đề xuất, trong đó mặc dù có những phương pháp tiêu tốn rất nhiều tài nguyên và tiền bạc, có những phương pháp mà có thể thực hiện được bằng công nghệ hiện tại.

Động cơ và vấn đề đạo lý

Sự gia tăng dân số và nhu cầu sử dụng tài nguyên trong tương lai có thể buộc con người phải khai phá các hành tinh khác ngoài Trái Đất, như Sao Hỏa, Mặt Trăng, và các hành tinh xung quanh. Việc định cư vũ trụ sẽ giúp việc khai thác năng lượng và các nguồn tài nguyên của Hệ Mặt Trời dễ dàng hơn.
Trong nhiều khía cạnh, Sao Hỏa là hành tinh giống Trái Đất nhất trong các hành tinh còn lại của Hệ Mặt Trời. Sao Hỏa được tin rằng đã từng có một môi trường khá giống Trái Đất ở thời kỳ đầu lịch sử của nó, với một khí quyển dày hơn và lượng nước dồi dào nhưng đã mất dần trong quá trình hàng trăm triệu năm. Với nền móng tương tự và khoảng cách gần với Trái Đất, Sao Hỏa là một trong những mục tiêu cải tạo hiệu quả và dễ dàng nhất trong Hệ Mặt Trời.
Việc xem xét những vấn đề đạo lý của quá trình cải sinh bao gồm khả năng hủy diệt hoặc thay thế sự sống trên Sao Hỏa, thậm chí là vi sinh vật, nếu nó tồn tại.

Làm bay hơi Carbon dioxide

Hiện tại có đủ CO₂ ở 2 địa cực và bên trong lớp đất đá trên Sao Hỏa để nếu chúng bốc hơi do việc khí hậu ấm lên vài độ, sẽ làm tăng áp suất khí quyển lên tới 30 kilôpascal (0,30 atm), tương đương ở đỉnh Everest, nơi mà áp suất khí quyển là 33,7kPa (0,333atm). Dù con người không thể thở được trong bầu khí quyển này, áp suất của nó vẫn cao hơn giới hạn Armstrong (giới hạn mà khi đó áp suất không khí đủ thấp để nước trong người sôi ở nhiệt độ 37 °C) và sẽ loại bỏ sự cần thiết của đồ bảo hộ. Thực vật phù du cũng có thể chuyển hoá khí CO₂ thành khí O₂, rất quan trọng vì với nhiệt độ thấp của Sao Hoả, theo định lý Henry, sẽ có một tỉ lệ cao giữa CO₂ tan trong nước với CO₂ trong không khí.

Cung cấp Ammonia

Một phương pháp phức tạp hơn dùng amoniac như một khí nhà kính. Có khả năng rằng một lượng lớn amoniac tồn tại ở trạng thái đông đặc trên những tiểu hành tinh ở vòng ngoài hệ mặt trời. Việc dịch chuyển chúng về bầu khí quyển Sao Hoả là một điều khả thi.  Vì amoniac (NH₃) theo khối lượng phần lớn là Nitơ nên nó có thể cung cấp lượng khí trơ cần thiết cho không khí. Những va chạm thiên thạch chứa amoniac nhỏ hơn nhưng kéo dài cũng sẽ giúp tăng nhiệt độ và khối lượng của khí quyển Sao Hoả.
Nhu cầu cho khí trơ là một thách thức mà mọi việc xây dựng khí quyển đều phải vượt qua. Trên trái đất, Nitơ là thành phần chính của không khí, chiếm tới 78%. Sao Hoả cũng sẽ cần một thành phần khí trơ tương tự dù không nhất thiết phải nhiều như vậy. Việc thu thập đủ khí Nitơ, Argon hay một số khí trơ tương tự là rất khó.

Sử dụng các hợp chất Flo

Bởi vì sự ổn định lâu dài của thời tiết là cần thiết cho việc duy trì dân số, việc sử dụng những khí nhà kính mạnh có chứa Flo, có thể là Sulfur hexafluoride (SF6) hoặc các halocarbon như chlorofluorocarbons (CFC) và perfluorocarbons (PFC) đã được đề xuất. Những loại khí này là những loại khí có triển vọng nhất để đưa vào bầu khí quyển Sao Hoả vì chúng là những khí nhà kính rất mạnh, gấp hàng ngàn lần khí CO₂. Có thể làm điều này một cách khá rẻ tiên bằng cách bắn nhiều tên lửa đem CFC nén cho đâm vào Sao Hoả. Khi tên lửa đâm xuống đất thì nó sẽ giải phóng lượng CFC mà nó đem theo và bầu khí quyển. Cần phải bắn một cách đều đặn nhiều loạt "tên lửa CFC" này trong vòng hơn một thập kỉ trong khi Sao Hoả biến đổi một cách hoá học và trở nên ấm hơn.
Để làm thăng hoa những sông băng CO₂ ở cực nam, bầu khí quyển Sao Hoả sẽ cần thêm khoảng 0.3 microbar CFC, tương đương với một khối lượng khoảng 39 triệu mét khối. Lượng CFC này gấp khoảng 3 lần lượng CFC mà đã được sản xuất trên Trái Đất từ năm 1972 đến 1992 (khi quá trình sản xuất CFC đã bị cấm bởi các hiệp ước quốc tế). Các cuộc thăm dò khoáng vật trên Sao Hoả đã ước tính được một lượng lớn Flo trong thành phần cấu tạo của nó, với mật độ 32 ppm theo khối lượng so với chỉ 19.4 ppm trên Trái Đất. Một phương pháp đề nghị khai thác khoáng sản giàu Flo trên Sao Hoả để sản xuất CFC và PFC, duy trì nhiệt độ bầu khí quyển giống Trái Đất trên Sao Hoả mà đã được tạo nên trước đó. Phương pháp này giả sử rằng trên Sao Hoả những khoáng sản đó ít nhất phải phổ biến như trên Trái Đất, để duy trì việc sản xuất những khí nhà kính tối ưu (CF₃SCF₃, CF₃OCF₂OCF₃, CF₃SCF₂SCF₃, CF₃OCF₂NFCF₃, C₁₂F₂₇N) cho việc giữ ấm Sao Hoả.

Sử dụng những tấm gương bay trên quỹ đạo quanh Sao Hỏa

Những tấm gương được làm từ phim PET tráng nhôm có thể được đưa vào quỹ đạo quanh Sao Hoả để tăng lượng ánh sáng mà nó nhận được. Những tấm gương này sẽ hướng ánh sáng xuống đất và trực tiếp tăng nhiệt độ bề mặt Sao Hoả. Chúng có thể trở thành những vệ tinh địa tĩnh, hoạt động như những cánh buồm mặt trời để giữ mình tại một vị trí cố định so với Sao Hoả, ở gần địa cực, để làm thăng hoa những phiến băng khô CO2 và giúp tăng hiệu ứng nhà kính.

Giảm thiểu suất phản chiếu

Giảm suất phản chiếu của bề mặt Sao Hoả đi sẽ giúp hấp thụ ánh nắng tốt hơn. Có thể làm điều này bằng cách rải bụi đen từ những mặt trăng của Sao Hoả, Phobos và Deimos, chính là một trong số những thiên thể tối nhất trong Hệ Mặt Trời; hoặc có thể du nhập những sinh vật tối màu có thể sống ở điều kiện khắc nghiệt như vi khuẩn, tảo và địa y. Khi đó mặt đất sẽ có thể hấp thụ nhiều ánh nắng hơn, làm ấm bầu khí quyển.
Nếu tảo hoặc một sinh vật xanh nào khác tồn tại, chúng cũng sẽ góp một lượng Ôxi nhỏ cho không khí, dù không đủ cho con người thở. Quá trình trao đổi tạo Ôxi là rất phụ thuộc vào nước. CO₂ phần lớn được chuyển đổi thành hiđrat cacbon. Vào ngày 26 tháng 4 năm 2012, các nhà khoa học đã thông báo rằng địa y đã sống sót và cho thấy kết quả đáng chú ý với khả năng thích nghi quá trình quang hợp trong vòng 34 ngày dưới điều kiện trên Sao Hoả tại phòng thí nghiệm Mars Simulation Laboratory (MSL) được vận hành bởi German Aerospace Center (DLR).

Va chạm của tiểu hành tinh

Một cách khác để tăng nhiệt độ Sao Hỏa là va chạm trực tiếp một tiểu hành tinh nhỏ vào bề mặt Sao Hỏa. Điều này có thể thực hiện bằng cách sử dụng các tia laser ngoài không gian hoặc một số phương pháp khác để làm biến đổi quỹ đạo tiểu hành tinh. Năng lượng va chạm sẽ được giải phóng thành nhiệt. Lượng nhiệt này có thể làm bay hơi CO₂, hoặc nếu ở nước tồn tại dạng lỏng ở giai đoạn này của quá trình cải tạo, nước sẽ bay hơi và hơi nước cũng là một loại khí nhà kính. Các tiểu hành tinh có thể được lựa chọn dựa vào thành phần của chúng, như amoniac, sẽ được phân tán vào Sao Hỏa khi va chạm, bổ sung thêm khí nhà kính vào khí quyển. Các tia chớp có thể tạo nên các lớp nitrat trong đất Sao Hỏa. Sự tác động của các tiểu hành tình vào các lớp nitrat này sẽ giải phóng thêm nitơ và oxy vào khí quyển.

Nhiệt động học của quá trình cải sinh

Toàn bộ năng lượng cần thiết để làm bốc hơi CO₂ từ khối băng cực nam được mô hình hóa bởi Zubrin và McKay. Việc tăng nhiệt độ 2 cực thêm 4 độ kelvin sẽ là cần thiết để kích thích hiệu ứng nhà kính. Nếu sử dụng các gương trên quỹ đạo, ước tính cần 120 MWe-năm would để tạo ra các gương đủ lớn để làm bay hơi băng ở các cực. Đây được coi là phương pháp hiệu quả nhất, mặc dù ít thực tiễn. Nếu sử dụng các khí nhà kính halocarbon, sẽ cần 1000 MWe-năm để làm được điều này. Mặc dù không hiệu quả khi so sánh, nó lại được công nhận là phương pháp nhiều thực tiễn nhất. Việc va chạm với một tiểu hành tinh, thường được coi là một hiệu ứng hợp lực, sẽ cần xấp xỉ 4 tiểu hành tinh chứa 10 tỷ tấn ammonia để kích hoạt hiệu ứng nhà kính, với nhiệt độ tăng lên tổng cộng 8 độ.