移居火星是空想：对火星进行“地球化改造”毫无希望
吉林大学：杨学祥，杨冬红
早在数十亿年前，火星一度拥有稠密的、富含碳元素的大气，有液态水构成的湖泊和海洋，天空中甚至可能飘浮着蓬松的云朵。
遗憾的是，火星的悲惨命运从一开始便已经注定了。它的体积比地球要小，意味着冷却速度比地球快得多。当火星冷却下来后，其核心变成了固体，磁场也随之消失，因而大气层完全暴露在了狂暴的太阳风中。过了1亿年左右，太阳风便将火星的大气层剥除殆尽。随着火星上的气压降到接近真空，地表海洋也逐渐沸腾蒸发，最终整个火星都变得干燥无比。
火星没有磁场。除非我们能将火星整个保护起来，否则我们排入火星大气的每一个分子都会被太阳风吹走，就像用沙子造金字塔一样困难。
也有人提出了一些颇具创意的解决方案。也许我们可以在太空中打造一块巨型磁铁，使吹往火星的太阳风转向。或者也可以用超导体绕火星一圈，为火星打造一个“人造磁层”。
事实上，火星没有磁场不是火星没有浓密大气的唯一原因。金星没有自身独立的磁场，但金星却有浓密的大气和较高的表面温度。这是为什么？
通过比较行星学我们发现，金星有磁场，但是比地球的微弱。这个磁场是由电离层和太阳风相互作用诱导，而不是像地球这样，由行星内部的发电机产生。金星微弱的磁场对大气层提供的保护不足以抵抗宇宙射线的辐射。
由于金星电离层与太阳风相互作用，金星有磁层，磁层顶在1.1信金星半径处(而地球磁层顶在10倍地球半径处),做层内有来自太阳风和金星大气的等离子体。
金星磁场是指金星上存在的弱磁场。它在赤道处的磁场至多为地球磁场的11000 (小于O 00033高斯); 金星的偶极磁矩小于10"高斯.厘米”，即不到地球磁用i (7.9x10"高斯.厘米”) 的1/1000 (1高斯=10 ‘特)。
https://baike.sogou.com/v166848529.htm?fromTitle=%E9%87%91%E6%98%9F%E7%A3%81%E5%9C%BA
在金星上会有很强烈的磁场，但是这种磁场还要比地球的弱一些。因为这种磁场的产生是由于电离子与太阳风之间出现了相互作用所导致。与地球上的磁场完全不同，地球上的磁场能够保护大气层，而金星上的磁场无法去保护大气层，也不能抵抗宇宙中的辐射。
https://m.tanmizhi.com/html/26588.html
通过地球、火星和金星的比较行星学，问题来了：金星磁场比地球磁场弱，为什么金星却有浓密的大气？ 这是一个重大的科学疑问，科学主流至今未给出合理的解释。
轨道偏心率变大导致行星大气丢失气温变冷
彗星的彗尾是怎样形成呢？17世纪时，牛顿认为彗尾是由于光的斥力作用，即太阳辐射压力。后来发现太阳风是彗星产生彗尾的主要作用力。所谓太阳风就是太阳向外喷射出的高能粒子流，太阳风的平均速度是每秒300～500千米，对彗星造成强大的推斥力。太阳辐射及太阳风就是促成彗尾形成的两股原动力，所以彗尾要在彗星接近太阳时才出现，彗尾的方向永远背向太阳。当轨道偏心率极大的彗星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将彗发物质吹走，形成背光的彗尾；当彗星向离开太阳的方向运动时，彗发和彗尾收缩。彗星每靠近太阳一次，就失掉相当大数量的质量，相当于彗星质量的0.1%到1%。显而易见，短周期彗星的生命时期是短暂的。彗核表面物质在接近太阳时不断转变为彗发和彗尾，被太阳风吹散到太空。
类比于彗星质量的消失，我们可以模拟出行星大气的消失过程。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向离开太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当大数量的大气质量。这是近日行星原始大气完全丧失殆尽的原因，也是水星和火星的大气非常稀薄的原因。因为在近日行星中，水星与火星的轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093；而地球的偏心率较小，为0.017，金星的偏心率更小，为0.007。显然，近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比。类比与彗星的大气散失，就可以解释为什么近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失的比较多，大气非常稀薄。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-696517.html
我们在2006年撰文指出， 大气层对行星具有保温作用。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向远离太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当多的大气质量。
近日行星中，水星与火星的轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093，地球的偏心率为0.017，金星的偏心率为0.007。近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比，因此，近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失比较多，大气非常稀薄。大气层可以保持地表的气温，大气的流失降低地表气温，这是10万年冰期周期与地球轨道偏心率10万年变化周期对应的原因，地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.067，在偏心率最大时对应冰期的出现。强磁场对大气也有保护作用。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-436350.html
米兰科维奇循环的天文冰期理论：火星目前处于轨道偏心率较大的大冰期时期，地球处于轨道偏心率较小的间冰期时期，金星处于轨道偏心最小的极热期时期。
轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时产生的大气丢失，是冰期产生的根本原因。大气稀薄也是与冰期伴随的生物灭绝的原因。而地球的是10万年和41.3万年等，于0.005至0.058间变化（见米兰科维奇循环）
在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。火星和地球10万年后也有可能变为金星目前状态，目前没有成为金星目前状态的可能。
金星极端大气可能跟金星轨道偏心率变小有关
据外媒报道，金星的极端大气可能是跟气态巨行星木星在远古时期的碰撞有关，该碰撞可能从根本上改变了金星的轨道并导致其大量的水储备流失。近日，一篇新的研究论文描述了木星在遥远过在太阳系中移动时的引力影响是如何让金星走上成为我们今天看到的不适宜居住的星球道路的。
轨道的偏心度或圆度是以0到1的刻度来测量的。轨道偏心率为0就意味着这颗行星的轨道完全是圆的。相反，如果一个世界的轨道偏心值为1，它就会简单地把自己弹射到太空中去（例如，彗星）。据悉，金星的偏心率为0.0006（？0.0068），是太阳系中最圆的，而地球的偏心率为0.0167。
模型显示，大约10亿年前，木星的轨道离太阳更近，而此时金星的偏心轨道为0.3，根据研究人员的说法，这将使它成为一颗更适合居住的行星。
然而，当这颗气态巨星向外移动时，它强大的引力干扰了金星迫使其进入一个更圆的轨道。在这个轨道强迫碰撞期间，潮汐加热和其他过程可能导致行星周期性的加热和冷却发生。
研究小组认为，偏心率的变化可能加速了金星的大气演化并导致其失去了大量的水分。这反过来会导致失控的温室效应从而使这颗星球的表面不再适合居住。
虽然金星跟地球的进化史截然不同，但它仍可能成为生命的寄主。
https://www.cnbeta.com/articles/science/1035783.htm
我们的研究表明，金星的偏心轨道从0.3变为0.0068，是金星从雪球变为火球的主要原因。
火星变冷可能跟火星轨道偏心率变大有关
火星大气以二氧化碳为主，既稀薄又寒冷，遍布撞击坑、峡谷、沙丘和砾石，没有稳定的液态水。根据观测的证据，火星被观察到类似地下水涌出的现象，南极冰冠有部分退缩，雷达数据显示两极和中纬度地表下存在大量的水冰。
火星自转轴倾角为25.19度，和地球的相近，因此也有四季，只是季节长度约为两倍。由于火星轨道离心率大约为0.093（地球只有0.017），使各季节长度不一致，又因远日点接近北半球夏至，北半球春夏比秋冬各长约40天。2009年10月26日为北半球春分，2010年5月13日为夏至，北半球处春季。
火星轨道和地球的一样，受太阳系其他天体影响而不断变动。轨道离心率有两个变化周期，分别是9.6万年和210万年，于0.002至0.12间变化；而地球的是10万年和41.3万年等，于0.005至0.058间变化（见米兰科维奇循环），火星与地球最短距离正慢慢减小。
结论
40亿年火星由暖变冷的历史表明，约在40多亿年前，火星确确实实是一个拥有孕育生命的适宜环境的星球。在那时，火星上曾经有过湖泊和河流，留下了多诸如河床、冰川遗迹、鹅卵石等地表水的证据，最近还发现了约为108-48百万年的沉积岩。这说明火星曾是一颗不折不扣的流水行星，这为孕育生命提供了可能。这一时期与火星轨道偏心率较小相对应。
然而，火星却因为体积过小，内部冷却过快，并缺乏磁场（至少在35亿年前可能已经消失），以及轨道偏心率逐渐变大，太阳高能质子以及银河系和太阳的高能宇宙射线可以横冲直撞地冲击火星的表面和次表面，吹走火星大气，并杀死星球上的生命。
火星轨道偏心率逐渐变大，火星上的大气层不断减少，温室效应随之下降，流水也悉数冻结。在38-31亿年前，火星上还有着厚冰覆盖的湖泊；31-15 亿年前，在多孔岩石的内部还存留着一些液态水；而从15亿年开始，火星地表的液态水就全部消失了。
我们的研究表明，金星的偏心轨道从0.3变为0.0068，是金星从雪球变为火球的主要原因。相反， 火星的偏心轨道从0.002变为0.093，是火星从水球变为冰球的主要原因。这是长周期变化趋势。
行星短周期轨道偏心率变化是冰期和间冰期交替的原因：火星轨道和地球的一样，受太阳系其他天体影响而不断变动。轨道离心率有两个变化周期，分别是9.6万年和210万年，于0.002至0.12间变化；而地球的是10万年和41.3万年等，于0.005至0.058间变化（见米兰科维奇循环）。
在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。火星和地球10万年后也有可能变为金星目前状态，10万年之前没有成为金星目前状态的可能。
人类的能力无法改变火星的轨道偏心率，达到与现在的地球轨道偏心率相同，10万年内移居火星是不科学的空想。
忠告 ：忽视自然规律，必然受到大自然的报复
世界气象组织秘书长彼得里·塔拉斯在接受媒体采访时说，“气候变化无疑增加了极端天气的发生频率和严重程度。”德国柏林洪堡大学地理研究所的研究组组长卡尔-弗里德里希·施劳斯纳则直言，2021年已无需怀疑“气候变化会否促成气象灾害”。
气候变化成因纷繁复杂，条分缕析未免治丝益棼，其总症结在于，人类试图将自己的意志强加给自然。而这一实践的根底源于将人与自然二分为主与客的哲学观。这种二分法将自然放在被人观察、索取、使用、改造的纯客体位置，最终导致人与自然的对立。这也是为什么恩格斯提醒人们“不要过分陶醉于我们人类对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都对我们进行报复”。
气候变化和极端天气是有规律可循的，忽视自然规律，必然受到大自然的报复。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1297215.html
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/7/462086.shtm
参考文献
1.杨学祥, 陈殿友. 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震,2000,20（3）：39~48
2.杨冬红，杨学祥，刘财。2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温。地球物理学进展。2006，21（3）：
1023-1027
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2020/1/352985.shtm
我们能对火星进行“地球化改造”吗？
2021年07月28日 09:51 新浪科技
新浪科技讯 北京时间7月28日消息，据国外媒体报道，几乎每部科幻作品的开头（或结尾），都会有人类将火星改造为宜居星球的场景。但考虑到火星上刺骨的严寒、距太阳的距离、以及无处不在的尘埃，要想将火星转化为一个与地球相似的世界，恐怕比看上去还要困难。
死去的世界
早在数十亿年前，火星一度拥有稠密的、富含碳元素的大气，有液态水构成的湖泊和海洋，天空中甚至可能飘浮着蓬松的云朵。当时的太阳远比现在要小，光芒也微弱得多，但偶尔暴戾起来，威力又会远远强于今日。换句话说，如今的太阳系比30亿年前要宜居得多。但即便如此，火星却依然死气沉沉、毫无生机。
遗憾的是，火星的悲惨命运从一开始便已经注定了。它的体积比地球要小，意味着冷却速度比地球快得多。地球的地核仍是熔融状态，且不断旋转的铁核使得地球至今仍然拥有强大的地磁场，可以使太阳风偏离方向、不对我们造成影响。
火星冷却下来后，其核心变成了固体，磁场也随之消失，因而大气层完全暴露在了狂暴的太阳风中。过了1亿年左右，太阳风便将火星的大气层剥除殆尽。随着火星上的气压降到接近真空，地表海洋也逐渐沸腾蒸发，最终整个火星都变得干燥无比。
既然火星历史上一度与地球很相似，那么我们有没有可能恢复它往日的荣光呢？
火星的两极
恰巧，人类在“行星变暖”这方面有着相当丰富的经验。在经历了数个世纪的碳排放之后，我们仅凭简单的温室效应，就使地表温度提高了不少。人类活动排放出的二氧化碳既不影响阳光射入，又可阻止热辐射向外逃逸，就像在地球上盖了一张隐形的毛毯。
不断升高的地表温度加速了海洋水分的蒸发，以水蒸气的形式扩散到大气中，使得这床“毛毯”的保温性能进一步增强，导致地表温度进一步增加，因而进一步加速了海洋水分的蒸发……但如果这套机制在地球上可行，那么在火星上也许也行得通。我们对火星大气已经无计可施，因为它早已彻底消散在了太空中。但火星两极还藏有丰富的水冰和固态二氧化碳；而在火星各处，地表下方甚至可能还有更多。
如果我们能设法提高火星两极的温度，也许就能让足够的二氧化碳释放到大气中，激发温室效应。接下来，我们只需要静观其变、让物理学完成自己的工作，也许过个几百年，火星上的条件就不会像如今这样严酷了。
遗憾的是，这个看似简单的设想也许并不可行。
激进的想法
首先，我们要先研发出使火星两极升温的技术。人们对此提出了五花八门的方案，比如在极地地区撒满尘埃（通过减少阳光反射使其升温），或者在太空中安放一面巨大的镜子、将强光反射到火星表面上。但这些想法都需要现有技术产生飞跃性突破。在太空中造东西远远超出了我们当前的技术实力（以太空镜为例，我们需要在太空中开采20万吨铝。但到目前为止，我们在太空中的开采量仍然是零）。
此外，火星上封存的二氧化碳并不足以激发全球变暖趋势。目前，火星气压仅为地球海平面气压的1%。就算将火星上的所有二氧化碳分子和水分子尽数释放到大气中，火星气压也只会增加到地球的2%。在此基础上，要想避免你皮肤上的汗液和油脂在低温下沸腾蒸发，火星大气浓度还需要再增加一倍；而要想脱去加压宇航服，则需要增加到10倍才行。至于没有氧气的问题，那更是提都不用提了。
针对火星上温室气体不足的问题，有些人提出了一些颇为激进的方案。也许我们可以建一些特殊工厂，专门将氟氯化碳（一种相当棘手的温室气体）排放到火星上。或者我们可以从外层太阳系引入一些富含氨的彗星。氨气本身就是一种“优秀的”温室气体，并且最终会分解为无害的氮气。地球大气层大部分就是由氮气组成的。
假设我们能攻克这些提案存在的技术挑战，还有一大障碍需要解决：火星没有磁场。除非我们能将火星整个保护起来，否则我们排入火星大气的每一个分子都会被太阳风吹走，就像用沙子造金字塔一样困难。
也有人提出了一些颇具创意的解决方案。也许我们可以在太空中打造一块巨型磁铁，使吹往火星的太阳风转向。或者也可以用超导体绕火星一圈，为火星打造一个“人造磁层”。
当然，这些所谓的解决方案对技术水平要求太高，我们根本无力实现。那么，我们究竟有没有可能对火星进行改造、使之变得宜居一些呢？只能说可能性还是有的，毕竟这些解决方案并不违背基本物理法则。不过，还是不要抱太大期望为好。（叶子）
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