本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
我在這裡寫的上一篇文章《火星上的死亡》確實引發了一場討論。在社交媒體上的激烈評論風暴中，我被視為理智的聲音或是一個徹頭徹尾的賤民，因為我膽敢暗示某些關於火星探索的大膽想法可能會面臨一些相當棘手的障礙。為什麼是障礙？因為物理學。因為生物學。
正如我在那篇文章中所解釋的那樣，我實際上對航天發射產業取得的顯著進步感到非常興奮。但是，如果我們認真對待像人類在火星上大規模定居這樣的想法（撇開地球正在經歷挑戰人類的變革時我們優先事項的合理擔憂），我們需要進行更長時間的對話，並謹慎對待我們的熱情。僅僅是為了確保當失敗發生時，我們不會因為我們的期望過高和不切實際而放棄。
本著這種精神（不應被視為嚴格的分析，而是一些需要思考的要點），這裡有一些關於人類在火星上存在的問題
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火星表面可能很糟糕，但它比月球或金星更宜居，對吧？
在許多方面，這是事實。火星有適度的大氣層，因此您不必與絕對真空作鬥爭。或者像月球上那樣極端的溫度變化。或者金星上令人窒息的壓力。雖然，大約是地球海平面壓力的0.7%，任何在火星上的徒步探索都需要某種形式的全壓力服。這既是為了阻止您的身體以令人不快的方式腫脹和出血，也是為了確保足夠的氧氣被輸送到您的血液中。
即使加壓到大約地球表面壓力的1/3（如目前美國宇航局在近地軌道上的“軟”EMU宇航服），這意味著您需要在宇航服中保持接近100%的氧氣氛圍，並且將面臨“預吸氧”協議，以防止減壓病，即氮氣氣泡在您的體內形成。在國際空間站上，美國宇航局的預吸氧程式可以持續4-12個小時，具體取決於太空行走所遵循的協議。換句話說，您不會在晚餐後匆忙穿上宇航服在火星上散步，除非您一直呆在低壓、高氧環境中（這會增加火災的危險），或者穿上高壓宇航服---這肯定正在開發中。
低壓、非常乾燥的火星大氣也意味著揮發性物質往往會很快沸騰或昇華。暴露在火星低緯度地區（溫度較為溫和）的固態或液態水會很快變成蒸汽。除非您將它們密封在密封的容器中，否則無法將大塊的極地水冰運回營地。任何暴露在原始環境中的粘合劑、密封劑和其他材料也會受到限制（也是因為陽光的紫外線損害，這是顯著的）。
地球表面重力加速度的三分之一聽起來不錯，是吧？
表面上也許是這樣。你會感到輕飄飄的，更輕，移動身體所需的力氣更小。但是我們真的不知道0.37g長期會對人體產生什麼影響。我們有關於極端情況的良好資料：1g和微重力（或零重力）。我們知道微重力是具有挑戰性的，需要付出很多努力才能避免最糟糕的生理影響：從骨密度急劇下降（以及當所有鈣試圖排出你的系統時腎臟的壓力），到心血管變化、即時和長期的表觀遺傳變化，以及視力障礙，這可能與大腦腦室中腦脊液增加有關（這也可能對認知產生影響）。藥物治療方案可能會有所幫助，但如果您留在火星上，它們可能是終生的方案。這意味著要麼依賴地球的藥品供應，要麼進行大量的內部生產。
也有一些實驗模擬了較低重力對人類行走速度的簡單影響。由於我們解剖結構和步態的性質，似乎我們在火星上體重會減輕，但我們只能以大約正常速度的一半舒適地行走。火星奧運會可能不會那麼令人興奮。
但是火星擁有豐富的自然資源可以自給自足，對嗎？
是的。火星總共有大量的水（在地下冰和普通風化層中結合），並且其表面礦物成分在許多方面都非常熟悉。它接收到大量的太陽電磁輻射---在火星上每平方米的功率約為地球上類似地點的60%。並且在極地地區有大量的凍結二氧化碳沉積物。問題在於首先要如何獲得其中的任何一種。
以風化層（土壤）為例。好奇號探測器的資料表明，按質量計算，風化層中有1-3%是水。因此，原則上，烹製風化層以釋放水，然後冷凝它，可以提供實用的水源。但有一些注意事項。
首先，如果您想用這些水來自然地種植食物（例如土豆），火星土壤很糟糕。這是因為它實際上是有毒的，因為它含有稱為高氯酸鹽的含氯化合物。地球上對暴露於火星上高氯酸鹽水平的植物進行的實驗表明，大多數物種都會受到影響。那些具有抵抗力的物種最終會在其結構中具有高濃度的高氯酸鹽。您不想吃那個。
有一些地球微生物實際上會消耗高氯酸鹽（因為它們是富含能量的氧化劑），並且已經被用來幫助清潔地球上的受汙染水。因此，在火星上進行耕種必須進行大量的精心準備工作，以去除水和土壤中的毒素，並確保獲得合適的養分（即使在水培種植中）。食物生產的規模越大，挑戰就越大。
這就是火星上大多數豐富資源的問題所在。它們需要大量而仔細的提煉和淨化，可能除了蠻力應用（例如電解水以製造氧氣和氫氣）之外。在所有情況下，這都需要大量的能量預算。在您忘記之前：擁有氧氣不足以使人類快樂，您還必須清除我們撥出的空氣中的二氧化碳，否則我們會死亡---這涉及更多的能量使用和材料，以及植物生命在火星上可能發揮的關鍵作用。
我們最終將改造火星，那才是真正的解決方案，不是嗎？
如果我們真的知道如何實現這樣的事情，而不僅僅是紙上談兵，那可能會是。我以前在這些頁面上寫過關於這個話題的文章。這需要規模超過我們以前嘗試過的任何事物的工程。它甚至會超過我們在過去幾個世紀裡對地球大氣中二氧化碳濃度造成的無意影響的規模。
我們可以加熱火星的極地地區（也許使用軌道反射鏡），釋放凍結的二氧化碳以加厚大氣層。我們可以引入彗星和氨氣，以增強溫室效應，並在大氣層中建立富含氮的化學緩衝層。我們可以嘗試改造能夠改變土壤化學成分並向大氣中新增分子的微生物。
但我們可能無法預測所有結果。如果這些工程中的任何一項真的奏效，我們就會擁有一個新的行星，擁有新的氣候帶和大氣環流（龍捲風、颶風、在數十億年的乾旱之後的降水），這些都將因為這些事情的本質而變得不可預測和棘手。如果地球化改造只是讓火星變成一個充滿漩渦的地獄怎麼辦？
那麼接下來呢？
這個列表可以繼續下去。重點不是要拒絕我們關於讓人類登上火星的任何想法，甚至建立像埃隆·馬斯克這樣的人正在談論的那種存在性對沖基金，或者過早地否定那種關於我們物種未來應該如何發展的擴張主義（而且相當不合時宜）的觀點。所有這些都值得討論，也許值得采取一些行動。但是不要自欺欺人地認為我們知道如何真正做到這一切，或者在這個過程中不會殺死很多人。弄清楚細節是關鍵。最好的旅程通常是做好充分準備的旅程。