地球化

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外星環境地球化（Terraforming），簡稱地球化或地景改造，是設想中人為改變天體表面環境，使其氣候、溫度、生態類似地球環境的行星工程。有時候該詞用來總指行星工程。地球化的觀念根植在科幻小說和真實的科學中。創造這個詞是科幻作家傑克·威廉森（Jack Williamson），出現在1942年其發表於《Astounding Science Fiction》雜誌上的一篇小說中。但地球化的具體設想則早於此。奧拉夫·斯蒂伯頓（Olaf Stapledon）1930年的《最後和最先的人》講述了與反對地球化的金星原始居民展開長期戰爭的故事。

現在太空探索還處在萌芽階段，很多地球化的計劃還處在設想階段。從我們對自己世界的了解來看，人為影響改變自然環境是可行的，雖然在另一個行星上建造不受自然控制的類地球生物圈的可行性還有待證明。很多人認為火星是最可行的地球化候選者。現在已有很多關於加熱火星表面、改變其大氣成分的研究，NASA甚至還主持了一個有關的辯論。然而，從現在到主動地球化火星等其他天體之間，還存在著很大差距。地球化所需要的長時間、以及其可能性還有待探討。其他等待解決的問題包括倫理學、物流管理、經濟、政治方面的考慮，以及改變地球外世界環境的具體方法。

## 學術研究歷史

天文學家和科普作家卡爾·薩根1961年在科學雜誌上發表了一篇名為《行星金星》的文章，建議對金星實行行星工程。薩根設想在金星的大氣中散布藻類來吸收二氧化碳，從而降低溫室效應，直到表面溫度降至「適宜」。30億年前，地球的大氣層也是以二氧化碳為主，後來由於藍綠藻和水分蒸發，才出現氫氣和氧氣的成分。後來的觀測發現由於金星大氣的質量太大，用藻類改變是不可能的。即使找到能在金星嚴酷乾燥的外大氣層生存的藻類，其從二氧化碳固定的有機物降落到高溫的內大氣層，又會被氧化成二氧化碳。

1973年，薩根又在《Icarus》雜誌上發表文章名為《火星上的行星工程》，討論把火星改造成宜於人類居住的可能性三年後，NASA 的一個研究項目正式探討了行星工程的問題，但用的稱呼是「行星生態合成」（planet ecosynthesis）。結論是在改造火星，使其成為一個能維持生命的可居住行星方面，目前不存在已知的障礙。同年，研究項目中的一位科學家Joel Levine組織了第一個關於地球化（當時稱作「行星模擬」）的科學會議。

1979年三月, NASA 工程師、作家James Oberg在休斯敦的月球與行星科學會議上組織了第一次「地球化座談會」。他在1981年把會議上提出的想法寫成了一本通俗書籍《新地球》。1982年，行星學家Christopher McKay在《英國行星學會雜誌》上發表了一篇題為《地球化火星》的文章，這是「地球化」這一名詞首次被用於正式科學出版物中。該文章討論了帶有自行調節的火星生物圈。1984年，James Lovelock和Michael Allaby出版了一本題為《綠化火星》的書，首次提出了在火星大氣中加入氟氯碳氫化合物以加熱火星的方法。

從1985年以來，Martyn J. Fogg 發表了幾篇關於地球化的文章，編輯了《英國行星學會雜誌》1991年的的一期地球化專版，並於1995年寫了一本書《地球化：行星的環境工程》。他還有一個專門討論地球化的網站 地球化資訊（英文）。

Fogg用下列術語來區分地球化的不同方面：

- 行星工程：用科技來影響一個行星的整體特性。
- 地球工程：特用於地球的行星工程，不過僅包括影響全球的過程，例如改變全球變暖、大氣組成等。
- 地球化：行星工程應用於改變地外行星的環境使其能夠支持生命。其最終目的是製造一個自主運行，能模擬地球生物圈全部功能，完全適於人類居住的環境。
- 天體物理工程：比行星工程範圍更廣闊的可居住性工程。

他還提出了下列區分人類居住性的分類：

- 可居住行星：環境類似地球，能夠支持人類舒適自由生存的行星環境。
- 生物可生存行星：行星表面的物理環境允許生物繁殖。如果這類行星本身沒有生命，則可以通過引入生物改變環境而不需要地球化。
- 易地球化行星：不需要大量星際飛船或機器人資源，通過小規模行星工程就可以變成生物可生存的行星。

Fogg認為火星早年是一個易地球化行星，但其現在的環境要地球化困難很大。然而，火星是地球附近最適宜於地球化的一個。火星協會創始人Robert Zubrin 曾制定了一個人類永久定居火星和最終地球化的計劃。

地球化的主要目的是建立一個適合人類居住的生態環境。但有些研究人員聲稱，從經濟角度考慮太空站是合適的太空殖民手段。當然，如果納米技術和其他的化學技術繼續快速發展，地球化的過程可能從需要幾十個世紀加快到幾個世紀。但反過來，也可以利用這些技術改變人體生理，使人們不需要依賴現在地球上的氧氣、氮氣大氣成份和地球重力就能舒適生存。這些改變會減少地球化的需要或者使其變得容易。

## 維持地球生命的要求

其實維持生命只有一個最低的要求——能量來源。然而要使一個行星適合居住卻有很多地理、地化學和天體物理方面的要求，特別是要允許複雜的多細胞而不只是單細胞生物生存的話。

## 地球化的理論方法

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### 建立大氣層

通過把行星上的可揮發物質加熱氣化，以及引用彗星撞擊分解。

### 增加熱量

將鋁化PET薄膜製成的反照鏡放置在環火星軌道上，增加火星的總體日照 與地表溫度，並蒸發水與乾冰以增強溫室效應。而直接把光反射到極冠上會使這個方法更有效。

生產、釋放鹵化碳亦可增厚大氣並加強吸收光照。鹵化碳（例如氟氯碳化合物（CFCs）和全氟化碳（PFCs））是很強的溫室氣體，且能在大氣中保持長時間的穩定。這些氣體可由基因改造的好氧菌或是由遍佈火星表面的工廠製造。

改變地表反照率能使光照做更有效的利用。散佈於地表的黑塵、煤灰、暗色的微生物或地衣，能讓更多光照在被反射至太空前就被地表吸收轉為熱能。能運用生物是特別吸引人的，因為它能自我繁殖。

牽引安全範圍下的小行星撞擊火星以增加熱量、提昇星球質量、減少地球化居住後高密度小行星撞擊風險。

## 比較可行的地方

### 月球

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月球是地球的衛星，是離地球最近的星體，同時也是人類掌握最多資料的外太空星體，因此開發月球所需的運輸成本相對較低，開發計畫也較容易擬定。問題在於月球環境與地球相差過遠，其本身並無大氣層，且引力較小，難以建立穩定的人工大氣層，這也是讓月球地球化最困難的一部分。

### 火星

總面積約與地球陸地一樣大，但太陽輻射只有地球一半，由於火星已有自身大氣層，且具有冰與疑似液態水的存在，地球化可行性較高。難度在於火星與地球距離略遠，運輸成本不低，且即便較接近地球環境，也不代表地球化不會失敗。

### 金星

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金星是與地球最接近的行星，而且金星大小與質量皆與地球相近，其自身也擁有大氣層，但其地球化可行性的問題在於金星大氣層過厚，溫室效應極高，當前金星只有雲層頂端的居住環境比較接近地球，要將金星地球化需要幾個重要的變化：去除大部分大氣中的二氧化碳和降低金星的500℃高溫。這些變化都是非常相關的，因為金星的超高溫是因為溫室效應所造成的而溫室效應則是被大量的二氧化碳造成的，而且還必須解決其大氣壓力才有可能移民金星。

### 木衛二

木衛二（歐羅巴）是一個地球化的潛在候選人。木衛二的一個優點是擁有液態水，因為液態水對引進複雜的生命是非常有幫助的。然而要將木衛二地球化仍困難重重，由於木衛二在木星的輻射帶的正中間，在其表面上的人類會在10分鐘之內死亡，因此就需要建大型的反輻射裝置（現在來說是不切實際的）。再者這個衛星被厚厚的冰層覆蓋，要加熱的話就需要充足的氧氣。

### 其他可能的地方

其他可能的候選星體包括木衛三、木衛四、土衛二和土衛六等，或是一些較大的小行星，像穀神星。

## 優缺點

作為太空移民的兩大主要方案，經常和太空城市比較，各自有其優缺點。

### 優點

- 有較寬敞的空間感，對於美俄等地大人稀背景的科幻作家，一般喜歡此類計劃。
- 本身有大氣保護理論上較大部分的太空城市安全，相對於若太空城市要能完全防止被流星擊穿，必需要極大的人造行星或宇宙要塞，技術其實比把行星地球化還難。
- 有本身的完整生態系統，無需要人工完全循環，也無需考慮漏氣引起的空氣很難完全循環的問題。
- 理論上是開放的空間，所以出入都可以不經過氣閘，也意味不會有過分嚴格的人為限制，居民有較大的自由度。

### 缺點

- 倫理問題：假如行星上本來有生物的話，任意改造可能滅絕土生的生物。而且被人認為適合的行星也可能被外星人看中甚至正在改造中，如果人類貿然改造可能影響未來人和外星智慧的關係。
- 經濟問題：把行星地球化的工程需要龐大的花銷，而且成本效益不及建造太空城市或開發地球的海洋和極地。一旦改造成功也意味著減少了行星成為未來宇宙都市甚至人造行星材料的來源地。
- 政治問題：該行星的統治權。如果由先到的國家管治，意味減少了後來者的機會，如果簡單認為歸全人類擁有或聯合國管治，也意味對先到的國家不公平。

## 通俗文化

地球化是一個在科幻作品的共同的概念，範圍從小說、電視、電影、電子遊戲及動漫畫。改變一個行星為居住的概念實際上在地球化概念之前就存在了，在著名的科幻作品中，以這個主題的有沙丘、火星三部曲、水星領航員、天使特警。

## 外部連結

- Red Colony
- Visualizing the steps of solar system terraforming
- Research Paper: Technological Requirements for Terraforming Mars
- An approach to terraforming Venus
- The Terraforming Information Pages
- The Terraforming of Worlds