在整個太陽系中，火星是離地球最近的東西，這沒什麽大不了的。
這顆紅色的行星是壹個寒冷、死亡的地方，大氣層比地球薄100倍。火星上存在的少量空氣主要是由有害的二氧化碳構成的，這對保護火星表面免受太陽有害射線的傷害作用不大。火星上的氣壓很低，600帕斯卡時，只有地球氣壓的0.6%。妳也可能暴露在真空中，導致嚴重的彎曲，包括肺破裂，皮膚和身體組織危險腫脹，最終死亡。稀薄的大氣也意味著熱量不能留在表面。火星上的平均溫度是零下63攝氏度，最低溫溫度會降到零下126攝氏度。相比之下，1982年6月23日，地球上有史以來最冷的溫度是在南極洲的沃斯托克站，攝氏零下89度。壹旦溫度降到零下4.5攝氏度華氏度以下，沒有穿好衣服的人可以預期在5到7分鐘內體溫會下降。
火星的質量也比人們通常認為的要輕。這顆紅色行星的重力是地球的0.375，這意味著地球上壹個80公斤的人在火星上的重量不到30公斤。雖然這聽起來很有吸引力，但從長遠來看，這種低重力環境可能會對人類 健康 造成嚴重破壞，並可能對人類的生育能力產生負面影響。
然而，盡管有這些和其他問題，有壹個流行的想法充斥在我們周圍，我們很快就能輕松地在火星上建立殖民地。SpaceX的首席執行官埃隆·馬斯克早在20世紀50年代就計劃在火星上建立殖民地，而威斯敏斯特大學的天體生物學家劉易斯·達內爾（Lewis Darnell）則給出了壹個更為溫和的估計，他說，“有相當多的人搬到火星去生活，這將是50到100年前的事。”阿拉伯聯合酋長國的目標是在2117年前建成壹座擁有60萬人口的火星城市，這是對未來更具野心的願景之壹。
可悲的是，這簡直是科幻小說。毫無疑問，人類最終會造訪火星，甚至建立壹兩個基地，但我們很快就會建立由成百上千人居住的殖民地的想法純屬胡說八道，完全否認這種前景帶來的巨大挑戰。
先驅航天工程師路易斯·弗裏德曼是行星學會的聯合創始人，也是《人類太空飛行：從火星到恒星》的作者，他將這種毫無根據的熱情比作1940和1950年代提出的未實現的設想。
弗裏德曼告訴媒體說：“那時，像《大眾力學》和《大眾科學》這樣的雜誌封面故事展示了海洋和南極的殖民地。”他說，感覺是人類會找到壹種方法來占據地球的每個角落，無論多麽具有挑戰性或不適合居住。 “但這並沒有發生。 我們偶爾訪問南極洲，我們甚至在那裏有壹些基地，但就是這樣。 在海洋之下更糟糕的是，人類的操作有限，但實際上它真的非常非常少。“至於這些環境中的人類殖民地，不是那麽多。 事實上，盡管我們可以相對輕松地實現這壹目標，但根本不是這樣。
登月後，弗裏德曼說，他和他的同事們對未來非常樂觀，相信“我們會做越來越多的事情，比如在火星和月球上建立殖民地”，但“事實是，沒有人類航天計劃，無論是阿波羅計劃、航天飛機計劃，還是在“國際空間站”為在火星上建立殖民地奠定了必要的基礎，例如建立必要的基礎設施，找到安全可行的食物和水的來源，減輕輻射和低重力等有害影響。他說，與其他領域不同的是，人類太空飛行的發展“已經成為靜止的”。弗裏德曼同意我們可能會在火星上建立基地的觀點，但“ 歷史 證據”表明，在可預見的未來，殖民地化不太可能。
佛羅裏達大學的神經學家雷切爾·塞德勒說，今天很多人都沒有意識到在這個紅色星球上維持殖民地是多麽困難。
“人們喜歡對開拓火星的想法持樂觀態度，”塞德勒（Seidler）告訴媒體說，她是壹位研究運動學和微重力對宇航員影響的專家。“但這聽起來也有點像天上的餡餅，”她說。“很多人認為我們不應該根據實際情況限制自己，但我同意，有很多潛在的負面生理後果。”
塞德勒說，美國宇航局和其他航天機構，目前正在努力為生活在火星上的各種負面影響制定和測試對策。例如，國際空間站上的宇航員在太空中進行力量訓練和有氧訓練，以抵消他們的肌肉和骨骼損失。至於治療由此產生的負面 健康 影響，不管是長期停留在國際空間站還是長期生活在火星的低重力環境中，塞德勒說：“我們還沒有對策。”
在她最新出版的《關於未來：人類的前景》壹書中，宇宙學家和天體物理學家馬丁·裏斯（Martin Rees）非常簡潔地論述了火星殖民的問題：
事實上，這是壹個需要考慮的問題。通過地形形成，科學家們指的是地球工程的假設前景，使壹個行星適合人類和其他生命居住。對火星來說，這意味著向大氣中註入氧氣和其他氣體，以提高地表溫度和氣壓，以及其他幹預措施。贊成火星殖民地化的壹個常見論據是，它將允許我們開始將火星轉變為可居住狀態的過程。許多科幻作家，包括金斯坦利·羅賓遜在內，在他廣受贊譽的火星三部曲中，都探討過這種情況。但正如弗裏德曼對媒體所說，“這至少是幾千年前的事了。”
普渡大學（Purdue University）行星科學助理教授布裏奧尼?霍根（Briony Horgan）表示，火星地球化是壹種白日夢，這種前景“遠遠超出了我們即將擁有的任何技術，”她告訴媒體。
當涉及到造地火星時，還需要考慮後勤保障，以及地質工程師可以利用的材料，他們將敢於開始這樣壹個多代項目。博爾德科羅拉多大學的布魯斯·雅各斯基和克裏斯托弗·愛德華茲在他們2018年的《自然》雜誌上，試圖了解在不穿壓力服的情況下，需要多少二氧化碳來增加火星上的空氣壓力，使人類能夠在火星表面工作。提高溫度，使液態水能夠存在並在表面持續存在。Jakosky和Edwards得出的結論是，火星上沒有足夠的二氧化碳來形成地球，未來的地球工程師必須以某種方式輸入所需的氣體來形成地球特征。
坦白地說，將火星地球化不壹定是不可能的，但所需的時間和技術排除了在可預見的未來在火星上維持大型、充滿活力的殖民地的可能性。
在這之前，壹個沒有地球化的火星將為冒險的先驅者提供壹個充滿敵意的環境。首先，最重要的是要應對強烈的輻射，這將使殖民者面臨持續不斷的 健康 負擔。
霍根說，在火星殖民地化過程中，有許多重大挑戰，其中之壹就是輻射暴露。她告訴媒體：“這是壹個‘很多人，包括在SpaceX的人’，沒有考慮太清楚的問題。”她說，住在地下或屏蔽基地可能是壹種選擇，但我們必須預計，考慮到隨著時間的推移，癌癥發病率仍將“增加壹個數量級”。
霍根說：“只有輻射防護，妳才能在火星上活動。”“我們可以將風險量化壹年左右，但不會超過超長期。問題是妳不能永遠呆在那裏（即地下或基地裏）。壹旦妳出去做任何事，妳就有麻煩了，”她說。
霍根指出，最近的壹項自然研究表明，火星上的輻射比我們想象的要嚴重得多，他補充說：“我們還沒有長期的解決方案，除非妳想冒輻射疾病的風險。”根據暴露程度，過度的輻射會導致皮膚灼傷、輻射。會導致疾病、癌癥和心血管疾病。
弗裏德曼認同，原則上，我們可以在火星上創造人造環境，無論是通過建造圓頂還是地下住宅。他說，輻射問題可能是可以解決的，但問題仍然很大，從某種意義上說，是反人類的。
火星殖民地的生活將是悲慘的，人們被迫生活在人工照明的地下基地，或是在受嚴密保護的地面站，那裏的戶外通道極為狹小。在這種封閉的環境中生活，接觸表面的機會有限，可能會導致其他與專屬室內生活有關的 健康 問題，如抑郁、缺乏刺激導致的無聊、無法集中精力、視力差和血壓不高。
提到與自然完全脫節。像國際空間站壹樣，火星的棲息地很可能是壹個微生物沙漠，只有很小的細菌樣本可以維持人類微生物群的 健康 。
另壹個問題與動機有關。正如弗裏德曼早些時候指出的，我們沒有看到殖民者生活在南極洲或海底，那麽為什麽我們要期望壹大群人想要生活在壹個相當不愉快的地方呢？它似乎是地球上生活的壹個糟糕的替代品，而且在生活質量方面無疑是更糟糕。甚至有壹個強有力的例子可以證明，對於希望生育下壹代火星殖民者的未來家庭來說，這是壹種近乎殘酷的行為。
這是假設人類甚至可以在火星上繁殖，這是壹個懸而未決的問題。撇開輻射對發育中胎兒的有害影響不談，還有壹個概念問題需要在生活在微重力環境中考慮。我們不知道精子和卵子如何作用於火星，也不知道懷孕的第壹個關鍵階段將如何發生。最重要的是，我們不知道重力有多低會影響母親和胎兒。
塞德勒是人類生理學和運動機能學專家，她說火星上的人類懷孕問題是壹個棘手的未知數。她說，發育中的胎兒很可能在子宮裏坐得更高，因為重力較低，會壓迫母親的橫膈膜，使母親呼吸困難。低重力也可能“混淆”妊娠過程，延遲或幹擾胎兒發育的關鍵階段，如胎兒在第39周前下降。在地球上，骨骼、肌肉、循環系統以及人類生理學的其他方面都是靠重力作用而發展起來的。有可能人體會適應火星上的低重力環境，但我們根本不知道。人工子宮可能是壹種可能的解決方案，但同樣，這不是我們很快就能接觸到的東西，也不能解決與胎兒發育有關的低重力問題（除非人工子宮放置在離心機中模擬重力）。
有壹個強有力的證據表明，任何在火星上生育的企圖都應該被禁止，直到知道更多。 在距離最近的3400萬英裏的星球上執行這樣的政策完全是另壹個問題，盡管人們希望火星 社會 不會倒退到無法無天狀態，完全無視公***安全和既定的道德標準。
對於其他殖民者來說，火星上最小的重力可能會導致長期的嚴重 健康 問題。對參加了長達壹年的長期任務的宇航員的研究顯示出令人不安的癥狀，包括骨骼和肌肉的功能退化、心血管問題、免疫和代謝紊亂、視覺障礙、平衡和感覺運動問題，以及許多其他 健康 問題。這些問題可能不像火星上的那些問題那麽嚴重，但我們還是不知道。也許在5年、10年或20年的持續低重力暴露之後，類似的重力相關疾病也會出現。
塞德勒對微重力效應的研究表明，這是壹種明顯的可能性。
“是的，由於火星的部分重力環境，火星上會發生生理和神經的變化，”她告訴媒體。“目前還不清楚這些變化是否會在某個時刻趨於平穩。我的研究表明，在微重力下，顱骨內的大腦向上移動，灰質的某些區域增加，其他區域減少，大腦白質內的結構變化，以及液體向頭頂移動。”
塞德勒說，這些變化中的壹些會隨著微重力暴露的時間而變化，從兩周到六個月不等，但她並沒有超出這個範圍。
她說：“這些影響中的壹部分最終會被穩定下來，比如說，顱骨所能容納的液體體積有壹個結構上的限制。”“而且，神經系統的適應性很強。它可以“學習”如何控制微重力下的運動，盡管感官輸入發生了變化。但同樣，還不清楚上限是什麽。”
她說，與微重力相比，生活在部分重力下的影響可能沒有那麽嚴重，但在任何壹種情況下，不同的感官輸入都會進入大腦，因為它們不會像過去那樣按重量加載。這可能導致平衡感差和運動功能受損，但研究表明微重力下的宇航員最終會適應。
塞德勒告訴媒體：“關於微重力和部分重力如何影響人體生理學，還有很多問題還沒有答案。”“我們還不了解安全或 健康 的含義，還需要做更多的工作。”
從長期任務返回的宇航員在返回地球的頭幾天裏經歷了壹段艱難的旅程，他們感到惡心、頭暈和虛弱。壹些宇航員，像美國宇航局的斯科特·凱利，再也不會覺得自己是老樣子了，包括認知測試分數的下降和基因功能的改變。美國宇航局的斯科特·伍德的研究表明，宇航員的恢復時間與任務的長度成正比，任務越長，恢復時間越長。令人不安的是，我們沒有壹年左右微重力暴露的數據，這是壹個懸而未決的問題，即低重力暴露多年甚至幾十年後對人體的影響。
考慮到這壹點，關於火星殖民者回訪地球後會如何發展，這是壹個懸而未決的問題。事實上，這可能是壹次殘酷的經歷，尤其是在經歷了多年的局部重力環境之後。在火星上出生的孩子（如果這是可能的話）可能永遠無法造訪他們物種起源的星球。
我們認為這些是 健康 問題。可能還存在許多其他問題，導致火星特有的疾病影響我們的大腦、身體和 情感 健康 。火星上的人類壽命可能比地球上的要短得多，不過我們還是不知道。
最後，還有日常的生存考慮。對基本資源（如食物和水）的有限獲取可能進壹步限制殖民地的生長和繁榮能力。
霍根說：“建立穩定的資源來維持壹段長時間的生活是可能的，但這將是困難的。”“我們想靠近水和水冰，但要達到這個目的，我們就得往北走。但是越往北走，地表的條件就越粗糙。冬天很冷，陽光也很少。”
殖民者還需要穩定的食物來源，並找到壹種方法使植物遠離輻射。火星上的表土或土壤有毒，含有危險的高氯酸鹽化學物質，因此也需要避免。為了種植作物，殖民者可能會建造地下水培溫室。這將需要專門的照明、專為火星設計的轉基因植物和大量的水，後者將很難在火星上獲得。
“人們不知道這有多復雜，”霍根說。“試圖建立壹個我們認為安全的殖民地將是壹個巨大的挑戰。”
正如馬丁·裏斯所指出的那樣，火星和其他太空環境“對人類本身就是敵對的”，但正如他在書中寫道的那樣，
在後人類的未來，裏斯指的是壹個假設的未來時代，在這個時代裏，人類經歷了廣泛的生物和控制論的修改，以至於他們不再被歸類為人類。因此，雖然火星仍然無法接近普通的人類生存環境，但這顆紅色星球可能會成為那些敢於改變自己和他們後代的人的可用之地。
壹種可能的解決辦法是徹底改變人類生物學，使火星殖民者特別適應在這個紅色星球上生活、工作和生育。正如裏斯在《未來》中所寫：
事實上，改造人類使其適應火星生活需要巨大的變化。
我們的DNA必須經過特別定制，才能在火星上實現長期 健康 的生命，包括改善肌肉、骨骼和大腦 健康 的基因調整。這些特性可以遺傳，這樣火星殖民者就可以把這些特性傳給他們的後代。在生物學還不能完成這項任務的情況下，科學家們可以使用控制增強功能，包括人工神經元或合成皮膚，它們能夠抵禦危險的紫外線。分子機器形式的納米技術可以提供藥物，執行修復工作，並消除呼吸和進食的需要。總的來說，這些變化將導致壹個全新的人類物種專門為火星建造。
合成生物學家和遺傳學家克雷格·文特認為，這是壹個獨特的可能性和誘人的前景。文特爾在2010年美國宇航局的壹次活動上發表了主旨演講，他說：“沒有太多事情能激發我的想象力，比如嘗試為長期太空飛行設計生物體，甚至是人類，也許還有其他世界的殖民地。”
像其他壹些解決方案壹樣，這不會很快發生，也不會很容易。甚至可能不會發生。這給我們帶來了壹個相當令人沮喪的前景：我們可能被困在地球上。
正如弗裏德曼所指出的，這帶有壹些相當沈重的存在主義和哲學意義。如果人類不能到達火星，這意味著我們註定是“壹個單壹的行星物種”，他說。更重要的是，它表明外星文明可能是在同壹條船上，“智慧生命在宇宙中傳播的潛力非常非常陰暗，”他告訴媒體。
弗裏德曼說：“如果我們不能到達壹個有大氣層、水和穩定表面的附近行星，原則上這表明我們可以做到，那麽我們肯定不會超過這個目標。”“但是如果我們註定是壹個單壹的行星物種，那麽我們需要從心理和技術上認識到我們將生活在地球的極限之內。”
這是壹個很好的觀點。我們最終可能成為星際或星際物種仍然是壹個懸而未決的問題。我們必須努力使這壹未來的前景成為現實，但在那之前，我們必須確保地球是我們所知道的唯壹可居住的行星。